基于PI數據庫的小電流接地系統在線監測

曹力力，王 煒

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

目前10kV和35kV電壓等級系統普遍采用中性點不接地的運行方式。這種運行方式容易產生間隙性弧光接地過電壓，使單相接地故障發展為相間短路或多點重復性接地故障。為了避免單相接地故障時產生間隙性弧光接地過電壓，中性點不接地運行普遍采用消弧線圈小電流接地的方式減小單相接地故障時的故障電流，以減少間隙性弧光接地過電壓對系統穩定的影響。

當小電流接地系統發生單相接地故障時，流經消弧線圈的電感電流能有效補償電網的對地電容電流，減小故障點殘流，使故障相接地電弧兩端的電壓恢復速度降低，故障接地電流小于發生電弧的最小電流，從而避免電弧的產生，也不會產生諧振過電壓的現象。因此，消弧線圈是小電流接地系統諧振接地裝置中的核心設備。

1 消弧線圈的原理和應用

消弧線圈的作用是當電網發生單相接地故障后提供電感電流，補償接地的電容電流，使接地電流減小、故障相接地電弧兩端的電壓恢復速度降低，達到熄滅電弧的目的。

當消弧線圈正確調諧時，不僅可以有效減少產生弧光接地過電壓的機率，還可以有效抑制過電壓的幅值，同時也最大程度地減小故障點的熱破壞作用。所謂正確調諧，是指電感電流接近或等于電容電流，工程上用脫諧度V來描述調諧程度，V=（IC-IL）/IC。當V等于零時，稱為全補償；V大于零時為欠補償；V小于零時為過補償。從發揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態，即調至諧振點上。但是在電網正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產生各種諧振過電壓，因此當電網未發生單相接地故障時，希望消弧線圈的脫諧度越大越好，最好是退出運行。

目前，國內外對消弧線圈的試驗手段主要為停電檢修，尚缺乏有效的實時監測、事故預警和輔助決策的手段。

2 PI實時數據庫的應用

2.1 設計思路

通過PI實時數據庫從湖州電網數據采集與監控（SCADA）系統中調取與消弧線圈運行情況有關的實時參數，并通過運算和運用ProcessBook的相關工具進行分析，判斷消弧線圈的運行狀況。

PI系統的主要硬件包括PI系統服務器、PI Web服務器、NAS（Network Attached Storage，全局數據存貯中心），以及PI與實時系統的接口計算機。由于實時系統和PI系統位于不同的安全區域，在PI和各實時系統之間均加裝了隔離裝置，并分別設置了各自與PI進行實時數據通信的計算機。PI系統數據采集及存貯活動的信息流向為：SCADA－PI通信機把SCADA數據的名稱、屬性、數值、計量單位等信息傳給PI接口機，然后由PI接口機對其進行組織、加工處理后，通過PI系統存入NAS中。PI接口機和各實時系統通信機之間采用雙向通信方式，使用TCP/IP協議。

《10kV～66kV消弧線圈運行規范》、《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中關于消弧線圈發生嚴重缺陷的定義是：消弧線圈在最大補償電流檔位運行，而脫諧度大于5%；中性點位移電壓大于15%相電壓。因此，脫諧度、中性點位移電壓是最能反映小電流接地系統運行狀態的兩個主要實時參數。同時，電容電流、電感電流、殘流、和諧度也是反映小電流接地系統狀況的輔助實時參數。

運用ProcessBook的相關工具對PI實時數據庫系統中兩個主實時參數和其他4個輔實時參數進行調取、運算和分析，實現對湖州電網小電流接地系統中消弧線圈進行運行狀態監視、事故預警與輔助決策的目的。

2.2 功能模塊

湖州電網小電流接地系統諧振接地裝置的監視、事故預警與輔助決策系統共有主參數監視、輔參數監視、主參數預警3個功能模塊。

2.2.1 主參數監視

本功能模塊通過ProcessBook中的趨勢圖工具反映小電流接地系統中消弧線圈的脫諧度、中性點位移電壓的實時數據和一定時間范圍內的變化情況，并通過時間控件對趨勢圖的控制實現對任意時間段脫諧度、中性點位移電壓數據的查詢和分析功能。

目前的自動調諧接地補償裝置能夠實現全補償運行或很小的脫諧度，主要是由于在消弧線圈的一次回路中串入了大功率的阻尼電阻，降低中性點電壓的幅值，使之達到相電壓的5%～10%。當系統的電容電流與消弧線圈工作電流相等時，即諧振時中性點電壓限制在允許值以下，就可實現全補償方式，這是殘流最小的最佳工作方式。在低壓電網中由于中性點不對稱電壓很小，為提高測量精度，采用特制的中性點專用互感器來提高檢測靈敏度。

通過對湖州電網小電流接地系統中消弧線圈脫諧度和中性點位移電壓實時數據的監視，可以得到湖州電網小電流接地系統諧振接地裝置的主要運行狀況；同時通過對不同時間段的脫諧度、中性點位移電壓數據進行分析，為湖州電網小電流接地系統諧振接地裝置的檢修策略制定提供依據，實現相關狀態檢修工作的輔助決策。

2.2.2 輔助參數監視

本功能模塊通過ProcessBook中的趨勢圖工具反映湖州電網小電流接地系統中消弧線圈的電容電流、電感電流、殘流的實時數據，通過ProcessBook中的柱狀圖工具反映了湖州電網小電流接地系統中消弧線圈和諧度的實時數據和一定時間范圍內的變化情況。

電容電流又稱位移電流。不同于電荷定向移動形成的電流，電容電流是由于電容充放電引起的等效電流；對于交流電，這種等效電流是始終存在的。電網中小電流接地系統諧振裝置上的電容電流值的大小取決于10kV及35kV低壓母線上所連接的線路和設備。

小電流接地系統諧振裝置上的電感電流是消弧線圈為低壓母線提供的補償感性電流，與消弧線圈的自身參數和運行檔位有關。

殘流是小電流接地系統諧振裝置上電容電流與電感電流的差值。若殘流過低，可能造成消弧線圈實際工作點過于接近諧振點，脫諧度接近于零，會使中性點位移電壓偏大，從而使系統不平衡加劇，影響系統的穩定性；若殘流過大，則會影響消弧線圈的補償效果。

和諧度是小電流接地系統諧振裝置上電感電流和電容電流的比值。和諧度反映的是該消弧線圈運行的穩定程度。

通過對消弧線圈電容電流、電感電流、殘流等實時數據的監視以及對和諧度實時數據的趨勢分析，可以反映小電流接地系統諧振接地裝置的運行狀況。

2.2.3 主參數預警

本功能模塊通過ProcessBook中的柱狀圖工具反映湖州電網小電流接地系統中中性點位移電壓和脫諧度的實時數據，可以在湖州電網任一變電站小電流接地系統中性點位移電壓或脫諧度超標時發出預警信號，并可進入該變電站的主監視界面查看小電流接地系統的具體運行情況。

在電網阻尼率一定的情況下，消弧線圈接地系統中性點電壓的大小與脫諧度有關。脫諧度越小，中性點電壓越高；脫諧度等于零即諧振全補償時，中性點電壓最高。當中性點位移電壓超過系統相電壓的15%或脫諧度超過5%時，預警系統發出預警信息。因此，本系統可以通過對湖州電網小電流接地系統中消弧線圈中性點位移電壓和脫諧度實時數據的預警功能，及時發現小電流接地系統的不良工況，使檢修部門及時發現小電流接地系統發生故障，并采取相應對策，從而保證系統的穩定運行。

2.3 運行環境要求

硬件要求CPU為Pentium4 2.0 GHz及以上，內存為512MB及以上，硬盤為40GB及以上，顯示器分辨率設置為1024×768及以上。

軟件環境要求操作系統為Windows XP/2000/7，使用 PI ProcessBook。

3 結語

通過對PI數據庫中與小電流接地系統諧振接地裝置相關的數據進行監視和運算，實現對小電流接地系統諧振接地裝置的事故預警與檢修輔助決策。本系統集成了小電流接地系統諧振接地裝置中脫諧度和中性點位移電壓的實時數據監控和趨勢圖輔助分析，以及電容電流、電感電流、殘流、和諧度等輔助實時參數的實時監控，通過以上功能對消弧線圈的工作狀態進行監控、分析和事故預警，提高了小電流接地系統諧振接地裝置的事故監控和輔助決策能力。

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