2018, Vol. 36 
2. 广州市仟顺电子设备有限公司, 广州 510000
2. Guangzhou Qianshun Electronic Equipment Co., Ltd., Guangzhou 510000, China
随着电力技术的快速进步，电网逐渐发展成为规模大、结构复杂、运行方式灵活的复杂系统，对电力系统继电保护所用电流互感器（TA）的性能提出了更高的要求。近年来，区外相继发生过若干起因电流互感器二次回路出现了2点接地、保护装置电流采样不正确引起的继电保护装置误动作故障[1-4], 这些故障均是出于对人身和设备安全的考虑，多项规程和反措都要求TA二次回路的1个电气连接必须有1个可靠的接地点[5]；为了保证继电保护和安全自动装置正确采样，要求TA二次回路仅有1个接地点。但是由于变电站二次回路复杂、设计错误、接线不正确、回路电缆绝缘降低等各种原因，变电站TA二次回路多点接地现象仍时有发生。
当前对TA二次回路多点接地的维护手段和维护设备均较为有限，主要靠检修维护人员定期测试TA二次回路可靠接地点电流，判断是否存在多点接地；如果存在接地情况，需要在大修时进行查找。当前维护方法存在时效性差等问题，给电力系统的安全稳定运行带来隐患。
通过对TA二次回路发生多点接地前后各电流特征量变化进行分析计算，二次回路多点接地可等效为中性线经其他接地点形成1个闭合回路，在变化的电磁场下会产生一定感应电流，而1点接地的回路则不会产生电流。基于理论分析提出TA二次回路多点接地在线检测方法，并通过现场试验验证了该方法的有效性。
1 TA多点接地故障分析图 1为TA正常运行时二次侧保护接地原理，二次侧对地无有效电气回路，不会影响保护安全运行，同时对人员和设备的安全不会带来威胁。
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图 1 TA二次侧保护接地 |
图 2为TA二次侧发生多点接地故障原理，二次侧除了负载有效电气回路外还有大地有效电气回路，由于接地回路旁路作用，采样负载回路受到分流直接影响采样结果；直接影响差动保护回路和过流保护回路，可能发生保护误动或保护拒动[6]。
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图 2 TA二次侧多点接地 |
为了分析TA二次侧发生多点接地故障前、后保护接地点电流的变化，将TA二次回路等效为如图 3所示的电路模型。
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图中：IL1、IL2、IL3—TA二次侧回路电流；Z1L1、Z1L2、Z1L3、Z1n—线路阻抗；Io—接地后不平衡电流；In—不平衡电流；ZiL1、ZiL2、ZiL3—测量回路输入阻抗；I地—接地点电流 图 3 TA二次回路等效电路 |
当TA二次回路不存在多点接地故障时，电路中仅有电流源单独作用，其三相电流相等，相位角相差120°，即Io=0。分析其电路特征量I地与In分别为：
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(1) |
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(2) |
图 4所示为当L1相位置①处发生1点接地故障时的等效电路图，将故障接地点与保护接地点之间的地网电势差等效为电压源Ud，根据叠加定理电压源视为短路，将电流源单独作用时电路简化为图 5a，求得图中In1及I地1。电压源单独作用时电流源视为开路，电路简化为5b，求得图中In2及I地2。
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(3) |
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(4) |
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图中：Ud—故障接地点与保护接地点之间地网电势差的等效电压源 图 4 L1相1点接地故障等效电路 |
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图中：I地1、I地2—接地点电流；In1—接地前不平衡电流；In2—接地后引起的补偿电流 图 5 相线1点接地故障简化电路 |
如图 6所示，在中性线①、②点位置存在故障接地点，分别在电流源、电压源Ud1、电压源Ud2的作用下，利用如图 7计算电路特征量，然后进行叠加可得：
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(5) |
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(6) |
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(7) |
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图中：RIn1—故障接地点①与故障接地点②之间的N线导线电阻；RIn2—保护接地点与故障接地点①之间的N线导线电阻；Ud1—保护接地点与故障接地点①之间的地网电势差的等效电压源；Ud2—保护接地点与故障接地点②之间的地网电势差的等效电压源 图 6 中性线2点接地电路 |
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图中：I地3—接地点电流；In3—接地后引起的补偿电流 图 7 中性线2点接地故障等效电路图 |
经上述分析，当TA二次侧不存在多点接地故障时，I地和In均为0。当TA二次侧存在多点接地故障时，I地和In均不为0，且数值相等、方向相反[7-8]。
1.3 现场多点接地测试分析现场选取220 kV平地泉变电站进行多点接地试验，试验数据见表 1。
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表 1 现场TA多点接地试验数据汇总 |
通过故障试验分析可知，无多点接地故障时，保护接地线电流均很小（小于3 mA，最大2.61 mA）；存在多点接地故障时，保护接地线电流则均>30 mA（最小31.19 mA）。
2 TA多点接地故障在线监测方法 2.1 监测原理从上述分析可知，通过实时检测变电站TA二次侧保护接地处电流，当检测到的电流大于设置的阀值电流时即确认该路TA二次侧发生多点接地。由于全站存在多组TA回路，每1组TA保护接地位置不一，需要独立检测每1组TA二次侧保护接地位置处电流，把检测到的数据统一传输到处理器进行分析，发生异常、达到阀值时进行告警。
2.2 在线监测装置架构由于全站TA分布广泛，综合考虑各因素，在线监测设备进行了模块化设计，数据采集模块具有采集多路数据的功能。利用1台主机将所有采集模块的数据进行分析判断，主机具有良好的人机界面、处理数据、后台告警信息等功能，整个系统分为主机、采集模块、开口TA的三层架构，系统架构如图 8所示。
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图 8 TA多点接地故障在线监测装置架构 |
TA多点接地故障在线监测装置主机和数据采集模块CPU选用STM32F103ZET6。该芯片是ARM 32位CortexTM—M3 CPU，具有运行速度快、存储量大、功耗低和各种功能接口数量多的特点[9]。装置最多可检测16个不同屏柜（端子箱/机构箱）的128组TA回路，满足各种等级变电站现场需求。
3 应用效果TA多点接地故障在线监测设备在220 kV平地泉变电站安装运行，系统结构如图 9所示。
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图 9 TA在线监测设备系统结构 |
其中，主机安装在室内电能测控屏柜，4个模块和监测TA分别安装在不同的TA就地接地柜。现场安装如图 10所示。
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图 10 模块与TA现场安装图 |
安装完成后，在平花线计量TA和平东线计量TA模拟设置接地故障，设备能够成功测试并发出告警，测试画面截图如图 11所示。
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图 11 在线监测曲线图 |
由图 11可知，未模拟接地时的采样电流为6.365 mA与6.257 mA，模拟1点接地时电流峰值分别接近260 mA与460 mA；接地电流最后稳定为108.7 mA与219.0 mA；波形图说明接地瞬间电流变化较大、设备反应灵敏。现场运行效果证明装置具有良好的运行效果，能够针对TA二次侧多点接地故障发出有效告警。
4 结语针对TA二次侧多点接地故障的危害，基于保护接地电缆电流变化特征的TA多点接地故障在线监测装置能够实时监测TA二次侧多点接地故障情况。装置投入运行后，可有效提升TA的安全运行水平。
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