一種提高二次消諧裝置告警準確率的方法

武福　溫鋼　趙海龍　李建新

摘要：在電力系統中，二次消諧裝置對變電站內接地諧振故障有重要意義，在變電站內發生接地諧振時，二次消諧負載電阻經常性的熔斷，造成二次消諧裝置告警準確率不高;本篇論文基于二次消諧裝置的基本原理，對其內部二次消諧電阻的二次回路進行改進與創新，增加對二次消諧電阻的告警及保護回路，使得二次消諧電阻不易燒壞，提高了二次消諧裝置的告警準確率。

關鍵詞：二次消諧裝置;鐵磁諧振;告警準確率;

1 名詞解釋

PT二次消諧裝置告警準確率：指系統發生故障時的告警準確率和裝置內部故障時的告警準確率。

鐵磁諧振：鐵磁諧振是電力系統自激震蕩的一種形式，是由于變壓器，電壓互感器等鐵磁電感的飽和作用引起的持續性、高幅值諧振過電壓現象。

2 概述

目前，因鄂爾多斯地區負荷的特殊性，夏季雷雨天氣較多的情況下，變電站經常發生諧振，PT二次消諧裝置多次動作后極易燒壞二次消諧負載電阻，電阻燒壞后裝置無告警信號，電壓無采樣，不易被檢修、運行人員發現，輕者造成變電站內電壓異常，PT保險頻繁燒壞，重則造成PT損壞，全站10kV或者35kV設備失壓，同時導致重復檢修等狀況的出現，浪費大量的人力、物力、財力;據統計，從2018到2021年期間22座變電站共發生接地諧振308次，二次消諧電阻燒壞162次，PT二次消諧裝置告警準確率為47%左右，嚴重影響著變電站的安全穩定運行。

3 二次消諧回路基本原理及故障分析

3.1二次消諧回路基本原理

在實際應用中，目前現場用消諧裝置內部采樣回路與消諧回路為同一回路，基本原理圖如圖3所示，當變電站內發生諧振產生諧振電壓U0時，K1閉合，二次消諧負載電阻R起到二次消諧的作用。

3.2故障分析

在變電站內發生諧振、二次消諧負載電阻過熱或熔斷時，影響了采樣回路，故裝置里電壓采樣值不顯示，其基本原理如下：

由圖4可以看出，當變電站內發生諧振產生諧振電壓U0時，一是二次消諧負載電阻無保護回路，導致二次消諧負載電阻極易熔斷;二是二次消諧電阻熔斷后無相應的告警回路，沒有告警信號;這是造成二次消諧裝置告警準確率低的主要原因。

4 新二次消諧回路基本原理

針對以上兩個主要問題，對目前現場使用的舊裝置進行整改與創新，在消諧回路內串入自恢復保險絲，利用自恢復保險絲的溫度與內阻的正比變化特性來對功率電阻進行限流保護，以達到既可以消諧且不會因過熱而熔斷消諧負載電阻，同時電壓采樣正常，且能實現消諧負載電阻熔斷之后輸出告警功能。改進后的新二次消諧回路電路基本原理如下圖所示：

K1：固態繼電器 R：消諧負載電阻 5Ω （白電阻）F：自恢復保險絲 I0：保險絲保護啟動電流T0：保險絲正常溫度

當系統發生鐵磁諧振時，U0處（PT開口三角電壓）升高，裝置的消諧回路開始工作，電流達到自恢復保險絲保護的啟動電流I0時，自恢復保險絲開始工作，保險絲的溫度與阻值急劇上升，在自恢復保險絲的阻值上升時，隨著阻值增大，電流開始下降。當電流下降到保險絲保護電流以下時，保險絲的溫度T0進入冷卻階段直到正常，此時阻值恢復正常。如果PT開口三角電壓依然很高，則保險絲進入下一輪的啟動。利用自恢復保險絲的溫度、電阻和延時特性，增加了T1+T2緩沖時間，使得負載電阻R有額外的冷卻時間，保證R不會被過熱擊毀。另裝置內部安裝雙刀雙擲繼電器回路對白電阻進行定時巡檢，若消諧負載電阻過熱熔斷，則通過繼電器輸出裝置異常告警信號到公用測控屏，方便維護。 變電站內發生諧振產生諧振電壓U0前饋控制的基本原理是測取進入過程的干擾（包括外界干擾和設定值變化），并按其信號產生合適的控制作用去改變操縱變量，使受控變量維持在設定值上。其特點是在偏差量出現之前，直接給出預先已知的指令，讓控制器開始作用，這樣就可以提高系統的響應特性和跟蹤性能。

5 自恢復保險絲工作時序

本次回路設計時創新的使用了自恢復保險絲，既能起到對二次消諧負載電阻的保護，又能實現二次消諧回路出現故障后的告警，自恢復保險絲是回路能否正常運行的關鍵，因此本文對自恢復保險絲的特性進行了試驗與分析，如下圖所示：

t0：保險絲過流保護啟動時間 t1：保護啟動后冷卻時間（快速冷卻） t2：保險絲完成冷卻開始重新工作（緩慢恢復）

6 PCB電路板制作與現場試驗

6.1 PCB電路板制作

筆者根據新二次消諧回路基本原理圖繪制了PCB原理圖及電路板的制作，制作后電路如圖所示：

6.2 現場試驗

筆者對制作完成的二次消諧回路進行現場測試，一是模擬諧振故障，看二次消諧負載電阻是否熔斷，二是拔掉二次消諧負載電阻，看裝置是否輸出告警信號，測試結果表所示：

7 結論

由實驗結果表明作者設計的新二次回路消諧回路自主創新，使用自恢復保險絲，給二次消諧負載電阻增加了保護功能，并實現了在消諧負載電阻熔斷情況下的告警功能，成功的解決了二次消諧裝置告警準去率低的問題，并在2020到2021年逐步在系統內變電站推廣使用，極大的降低了變電站的安全風險，取得了良好的效果，極具推廣價值。

參考文獻：

[1] 王帆.一、二次消諧裝置原理分析探討[J].硅谷，2014，7（19）

[2] 劉明明，許紅燕.二次消諧裝置動作信號回路的改進完善[J].電世界，2020，61（02）.