分布式電壓接線異常在線檢測方法在智能電網中的應用

引言

智能電網（smart power grids），就是電網的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術的應用，實現(xiàn)電網的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。

我國的智能電網的基本特征就是在技術上要實現(xiàn)信息化、自動化、互動化。其最基礎的工作就是電力系統(tǒng)運行中各種參數的收集體系的建立，如負荷電能在線監(jiān)測、變壓器運行在線監(jiān)測、GIS室SF6氣體在線監(jiān)測等。然而，目前在線監(jiān)測工作才剛起步，很多工作都亟待開展。

0.4KV環(huán)網供電，是電力系統(tǒng)一個最基礎、最廣泛的供電網絡架構，其重要性不言而喻。0.4KV環(huán)網供電品質的好壞，直接影響到供電行業(yè)的服務質量。但是，應該看到，由于使用廣泛，該基礎系統(tǒng)由于各種原因，在運行過程中常常會發(fā)生相序接反、相位接錯、接線不緊或漏電燒保險絲造成的缺相等異?，F(xiàn)象，對于此類缺陷，頻繁發(fā)生，但往往由于環(huán)境的分散、用戶不夠專業(yè)等各種情況，耽誤了發(fā)現(xiàn)的時間，影響了供電質量、延誤了正常用電。對電力系統(tǒng)和用戶來說都產生了負面的影響。

PT二次計量電壓回路，牽涉到電度表的計費問題，因使用直徑過細的電纜，導致計量電壓下降，直接影響到計費。更何況，計量回路相序接反、缺相等異常情況，更會導致電度表轉速減慢甚至不轉，導致供電公司的營收大量減少。

在電力系統(tǒng)和一些用電大戶，對于以上兩種情況，目前并沒有比較好的自動檢測手段，主要是派專人進行巡檢，效率低，成本高。當然，對于涉及收電費的計量系統(tǒng)，針對某些重要用戶，系統(tǒng)中加裝了負荷電能監(jiān)測儀，進行監(jiān)測。但是由于成本昂貴，不能大范圍推廣。

針對上述情況，在目前電力系統(tǒng)以及未來的智能電網中都希望一種能對0.4KV環(huán)網供電及計量系統(tǒng)進行電壓相序分布式在線監(jiān)測手段，成本不高，無監(jiān)測盲區(qū)，當系統(tǒng)中電壓回路接線異常可實時發(fā)現(xiàn)，其異常信號可瞬時發(fā)送到相關自動化監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)快速進行判斷并給出處理指令，將處理任務和異常發(fā)生點通知相關班組和人員進行處理。此類異常的快速處理，對提高電力系統(tǒng)的供電品質和服務質量，有著重要的現(xiàn)實意義。

1．分布式電壓接線異常在線監(jiān)測技術實現(xiàn)原理和特點

分布式電壓接線異常在線監(jiān)測技術，不僅僅是一項技術手段，也是一種管理手段，通過建立分布式在促使電壓接線異常這個長期困擾電力系統(tǒng)管理部門的頑癥得到有效解決。

當然對于0.4KV環(huán)網供電回路和PT二次計量回路，建立分布式在線監(jiān)測，難度是不小的，因為牽涉的設備眾多，只要有接線連接的地方就有可能發(fā)生相序異?；蛉毕嗟那闆r，如果采用過多的在線相序在線監(jiān)測元件，其成本是不小的負擔。即使針對一個35KV變電站系統(tǒng)，應用在線相序異常檢測元件，估計也要幾十甚至上百個。也就是說，如果要有實時地監(jiān)測的效果，必須采用大量的在線相序監(jiān)測元件。那么，相序監(jiān)測元件的開發(fā)成本，是一個非常重要的指標。經過認真分析，不難發(fā)現(xiàn)，要想讓在線相序監(jiān)測技術廣泛使用，所研制的監(jiān)測元件一定要符合以下標準：1、成本低廉、2、安裝簡便（不停電即可安裝）、3、免維護、4、不影響所監(jiān)測回路、5、報警信號可收集、可遠傳等。

監(jiān)測電壓回路接線異常，有現(xiàn)成的成熟技術，應用負序過濾器原理，即可達到相應目的。原理實現(xiàn)上也很簡單。為了讓所開發(fā)的元件既適用于400V環(huán)網供電系統(tǒng)的要求，又能夠正確反映PT二次計量回路的電壓接線異常情況，）所以在負序過濾器電路中除了選用各合適的參數，還增加了自適應電路。并且，由于400V環(huán)網供電中，由于負載的不對稱，常常使得電源不平衡造成負序過濾器的誤動，造成誤報警。為了躲避此現(xiàn)象，應增設浮動門檻，以躲過三相不平衡電壓造成的影響。在原理實現(xiàn)上，我們可用向量圖進行詳細分析。

圖1 三相 負序電壓濾過器

根據上述向量圖，分析發(fā)生各類電壓接線異常情況時的mn間的電壓幅值，可得出以下結論：

所開發(fā)的在線相序監(jiān)測元件，為能夠既可對380V環(huán)網供電系統(tǒng)電壓回路異常進行檢測，又能同時適用于PT二次計量電壓回路（相間電壓為100V）的在線檢測工作，有必要對這兩種情況進行進一步分析。

按負序過濾器的工作原理，從上述公式中，可得出，在標準電壓輸入下，可以計算出相關輸出電壓Umn值，見表1

從表中可發(fā)現(xiàn)，380V電壓回路發(fā)生反相序接線時，Umn輸出電壓量最大；PT二次計量電壓回路發(fā)生B相缺相時，Umn輸出電壓最小。

所開發(fā)的在線相序監(jiān)測元件必須能夠對上述9種情況均能做出報警，而且最大能穩(wěn)定承受700V以下的高壓。這主要是考慮當發(fā)生雷電瞬時過電壓和操作過電壓等系統(tǒng)異常情況，該相序監(jiān)測元件，不應損壞。待系統(tǒng)正常后，該相序監(jiān)測元件可回復正常工作。

在線相序監(jiān)測元件的設計，應能夠躲過三相電壓不平衡造成的Umn輸出，根據經驗值，400V環(huán)網系統(tǒng)，其不平衡電壓輸出估計在15~20V左右。再考慮裕量，乘上可靠系數K，一般取1.5倍，也就是說，在線相序監(jiān)測元件在工作時應能躲過30V以下的不平衡輸出電壓?？紤]因負載嚴重不對稱引起的三相不平衡，，在線相序監(jiān)測元件需采用浮動門檻保證不誤發(fā)信。

考慮到環(huán)網供電回路及計量回路的重要性，在線相序監(jiān)測元件，如本身元件發(fā)生異常，不應影響到主回路，必須有相關保護措施。影響主回路有兩種情況：1、由于在線相序監(jiān)測元件出現(xiàn)故障，引起主回路短路接地；2、由于在線相序監(jiān)測元件，內部芯片選擇上，選用了較大功率的芯片，結果影響到計量電壓的幅值，造成少計量，電能計費上有所損失。