基于PT多点接地采集数据的分析及应用

李锦图

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523000）

摘要：针对运行变电站、电厂PT二次回路N600存在多点接地难以检查和查找的问题，对东莞供电局变电一所14个变电站进行模拟PT多点接地故障下N600的接地电流及谐波电流大小的测量，提出了在不停电的情况下，无需解除N600接地线，通过检测N600接地电流及电流突变值来实现判断PT多点接地故障，使PT多点接地的判断方法更加安全、可靠，本项目的研究及推广使PT多点接地存在时间大大缩短、减少运行风险，为电网的安全运行提供有力的保障。

关键词：PT多点接地；N600；开口CT；在线监测；判断方法；继电保护

引言

《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》提到：电流互感器及电压互感器的二次回路必须分别有且只能有一点接地。如果PT二次回路在发电厂、变电站的不同地点同时多点接地，地网上的电位差将窜入PT二次回路，继电保护的电压波形可能畸变，及测量数据不正确等，将导致阻抗元件和方向元件的不正确动作[1]。因此，运行中的电压互感器，其二次回路必须只能通过一点接于接地网。

东莞供电局变电管理一所继保自动化人员通过对PT多点接地现象的研究形成一种PT多点接地故障在线判断的方法，并最终形成一种PT多点接地在线监测的装置。该装置通过电流检测来实现PT多点接地故障判断，无需解除N600接地线，代替人工实时监测并告警，能第一时间提醒电网人处理PT多点接地的故障，提高工作效率，降低保护装置误动和拒动的风险，同时为电网的安全运行提供有力的保障。

1基本情况介绍

2012年8月，对东莞供电局变电一所14个变电站的PT进行了多点接地故障试验，及N600接地电流测量。14个变电站中，有12个220kV站，与2个110kV站，其中110kV胜和站为新建变电站，未投入运行。

2开口式电流互感器结构

PT多点接地故障判断需要对N600接地电流进行测量，在现有变电站安装PT多点接地实时告警装置，为了不断开N600接地导线，最好采用开口式的电流互感器。开口式的电流互感器，输入电流范围：0-750mA，50～250Hz输出电压范围0-5V，且多次谐波开口式的电流互感器检测技术。

按照南网总调有关规定，N600接地电流达到50mA以上即认为该PT存在多点接地故障[2]，上述表格所测得数据中，葵湖站、莆心站、元江站、跃立站测得的N600接地电流基波均达到了40mA以上，存在PT二次回路多点接地故障的可能；除基波分量外，不难发现频率为150Hz的三次谐波分量在谐波中所占比重较大，而不存在PT二次回路多点接地的变电站，正常运行时三次谐波电流约为10mA左右。由此可以初步得出，测量N600接地电流的基波和三次谐波可为探讨其接地情况提供实验依据，七星站和元江站的三次谐波电流达到40mA以上，有存在PT二次回路多点接地故障的可能，则以下5个变电站需进一步确认是否可能存在PT多点接地故障。

※220kV葵湖站，接地电流基波48.9mA，3次谐波3.9mA；

※220kV莆心站，接地电流基波40.0mA，3次谐波2.4mA；

※220kV七星站，接地电流基波7.2mA，3次谐波44.0mA。

※220kV元江站，接地电流基波46.9mA，3次谐波152.5mA；

※220kV跃立站，接地电流基波40.8mA，3次谐波1.3mA；

3.2在控制室模拟PT接地故障

在控制室距离N600接地点较近的距离，模拟多点接地故障，若使用电阻法N600的基地电流进行测量，由接地故障点与N600接地点之间地网电位差较小时，接地电流较小及变化不明显，电阻法难以识别是否存在多点接地故障，而且拆除N600时有可能造成电网安全事故，故采用开口式电流互感器和PT多点接地告警装置对N600的接地电流进行测量。

经测量发现，N600接地电流基本都发生了接地电流突变，N600接地电流增加有：白玉站、步田站、古坑站、和美站、葵湖站、黎贝站、元江站；N600接地电流减少有：莆心站、下沙站、跃立站、七星站。

在控制室模拟PT多点接地故障，仍有个别的变电站N600接地电流变化不大，这是因为控制室二次接地网等电位造成的。

3.3在控制室外模拟PT接地故障

在控制室以外，模拟PT接地故障，由于变电站的电压等级不同，PT的接地点也不同，控制室外的PT接地需从220kVPT、110kVPT、10kVPT三个不同地点分别接地分别测量数据，而前面曾经提及到，除基波电流外，三次谐波电流在谐波中的比重较大，三次谐波电流也应作为主要测量对象，具体测量数据如表2、表3、表4。

从表3可以看出，当模拟220kVPT二次回路接地故障时，有11个变电站控制室内N600的接地电流基波大部分超过了南网总调规定的50mA，该装置能准确反映PT多点接地故障的情况；剩下3个站中，胜和站未曾投运，不测量现场数据，美站为GIS新站，110kVPT二次回路接地点与控制室内N600永久接地点距离近，地网的不等电位问题较轻，因此，测量到和美站的N600接地电流达不到50mA，不能认为存在PT二次回路多点接地故障，跃立站没有准确反映PT二次回路多点接地故障。在模拟110kVPT二次回路接地故障时，开口式电流互感器和PT多点接地告警装置准确率达到90.9%。N600的接地电流中三次谐波比正常运行时的三次谐波电流有所变化，而白玉站、黎背站、元江站的三次谐波分量比其他变电站的三次谐波分量高，这是变电站内的非线性负载造成的。

从表4可以看出，当模拟110kVPT二次回路接地故障时，测量了10个变电站控制室内N600的接地电流基波，都超过了南网总调规定的50mA，该装置能准确反映PT多点接地故障的情况。在模拟10kVPT二次回路接地故障时，开口式电流互感器和PT多点接地告警装置准确率达到100%。N600的接地电流中三次谐波比正常运行时的三次谐波电流有所变化，而古坑站、和美站、莆心站、裕元站、元江站的三次谐波分量比其他变电站的三次谐波分量高，这是变电站内的非线性负载造成的。

上表5为模拟不同电压等级的PT二次回路多点接地时所测得N600接地电流的基波电流和三次谐波电流值与正常运行情况下所测得N600接地电流的基波电流和三次谐波电流的差分别取绝对值，该表说明N600接地电流的基波和三次谐波电流突变十分明显，在没有达到南网总调规定的50mA时，可以作为一种补充手段，判断PT二次回路多点接地，只要绝对值达到一个门槛值，则可补充判断PT二次回路存在多点接地。如在模拟220kVPT二次回路接地故障时，和美站由于接地网等电位，N600的接地电流未能达到50mA，但N600的接地电流基波突变量为21.1-29.1mA，比正常运行时的增加了21.1mA以上的基波接地电流；正常运行时的N600接地电流的三次谐波电流约为10mA左右，而和美站的三次电流突变量绝对值有1.9-21.9mA。从所测的数据中，不难得出这样一个结论，如果给N600的接地电流的基波电流和三次谐波电流的突变量设定一个突变门槛值，可以作为判断PT二次回路是否存在多点接地故障的一个补充手段，该手段在没有达到南网总调规定的50mA时依然能正确判断出是否存在接地故障。

3.4新建变电站模拟PT多点接地故障

新建变电站，在任何地点模拟PT多点接地故障，N600接地电流变化均不明显。其原因是由于一次设备尚未投入运行，地电位差很小导致的。

3.5加负载不平衡电流影响分析[3]

不平衡负荷电流法的特点是利用PT做电源在零线中产生信号电流，而不需要外接电源注入信号电流，安全更有保障；PT相线已在控制室，无须另外从PT现场接线，施工方便，也不会增加PT多点接地故障机会。

在110kV胜和站，良平站及220kV七星站进行了负荷不平衡电流的试验。所加电流57.8V/5kΩ=11.56mA。

该方法对于PT多点接地点在N600接地点与PT电源之间，即在N600接地点之前，具有很好的检查效果；但不能检测在N600接地点之后PT多点接地故障。

如表6所示，共做41次试验。其中，变化≥30%负荷电流占有22次，变化≥50%负荷电流的占15次，最大变化电流74%～91%负荷电流。

3.6注入信号电流影响分析[4]

在110kV胜和变电站进行了注入信号电流的试验，共做4次，电流变化≥30%注入信号电流的2次，电流变化≥50%注入信号电流也为2次.电流变化最大值为（20-3.6）/20=82%的注入信号电流。

该方法对于PT多点接地点在N600接地点与PT电源之间，即在N600接地点之前，具有很好的检查效果，但不能检测在N600接地点之后PT多点接地故障。

该方法的缺点是需要向PT回路注入信号，可能危及系统安全运行；另外，需从每组PT现场将零线引入控制室，不但施工难度大，且大大增加了PT的Ｎ线长度，PT多点接地故障机会也随之增加。

4结论

（1）变电站的土壤电阻率或接地网结构造成高压场地和主控室地网接地电阻不同，引起N600接地电流减少或增加变化比较大，考虑对主控室的二次网一点接地电流进行检测，作为多点接地判断的辅助条件。或可能存在PT多点接地故障。

（2）N600接地电流中，3次谐波电流最大可达170mA，5次谐波电流33mA。因此，电流互感器应能测量5次以内的谐波电流。

（3）正常运行变电站，在控制室以外模拟PT多点接地故障，N600接地电流在50-600mA。因此，可以通过检测N600接地电流及其变化量，来判断PT是否存在多点接地故障。

（4）加入不平衡负荷电流与注入信号电流，接地电流变化超过30%不平衡电流（或注入信号电流）的情况，均达到试验次数的50%。应可作为多点接地故障的补充手段。

（5）N600接地电流大部分在50mA-500mA之间，且随变电站地电位变化而变化，如果不平衡负荷电流或注入信号电流在10mA-20mA之间，很容易受到接地电流本身变化的干扰。建议不平衡负荷电流或注入信号电流达到100mA左右。这样30%的变化，可达30mA，接地电流将有明显变化，可作出更准确判断。

总之，采用开口电流互感器测量N600基波电流及5次以内的谐波电流，根据其电流大小及突变量，基本可以判断PT是否存在多点接地故障，注入信号或加入不平衡负荷电流作为多点接地故障的补充手段。

参考文献：

[1]梁雨林，黄霞，陈长材.电压互感器二次回路异常的原因及对策［J］.电力自动化设备，2001，21（11）：73-74.LIANGYulin，HUANGXia，CHENChangcai.ThecauseofTVsecondarywireabnormityanditscountermeasures［J］.ElectricPowerAutomationEquipment，2001，21（11）：73-74.

[2]李晓玲.互感器二次回路接地点对保护装置的影响［J］.云南电力技术，2003，31（2）：28-30.LIXiaoling.Influencetotheprotectiondeviceofearthpointofthesecondarycircuitofvoltageandcurrenttransformer［J］.YunnanElectricPower，2003，31（2）：28-30.

[3]陈杰云.一起220kV线路保护误动事故的分析和处理［J］.南方电网技术，2008，2（1）：67-70.CHENJieyun.Analysisandtreatmentofa220kVtransmissionlinerelaymisactionfault［J］.SouthernPowerSystemTechnology，2008，2（1）：67-70.

[4]翠山电站110kV线路保护误动原因分析，钟成元，继电器2008，Vol.36No.7.ZHONGCheng-yuan.AnalysisofmaloperationoflineprotectioninCuishan110kVhydro-substation.ELAY，2008，Vol.36No.7

作者简介：李锦图，1988—，男，大学本科，工程师，主要从事电力系统继电保护方面的研究。