摘要：以某供电公司变电站自动化监控系统升级改造工程为背景，针对电压互感器二次回路单相断线导致测量与计量异常的问题，提出了对故障现场的回路及接线方式建立等效模型，利用PSpice软件进行模拟仿真的方法，得到电压互感器在不同的使用情况下，发生单相断线故障时的的仿真结果，与现场异常发生时的电压测量值相吻合，找到了发生电压异常的原因。并利用建立好的物理模型对故障问题进行分析，给出便于监控人员及时发现电压异常及提高测量精度的处理方法。
关键词：电压互感器；单相故障；物理建模；PSpice
引言
随着越来越多无人值班变电站的投入运行以及智能变电站的开工建设，调度自动化厂站端系统的地位越来越重要，它负责完成变电站内电气量和非电量的采集、处理、传送及显示等功能，帮助运行、调度人员监视整个电网状态信息。在实际生产中，变电站内母线相电压、线电压是运行值班人员日常巡视最为关注的数据之一。当电压互感器二次回路出现异常时，运行人员通常通过监控系统便可以对故障进行初步判断，并进行处理，但出现电压互感器二次回路单相断线时，由于其表现特征比较隐蔽很容易被忽略，导致异常长时间存在。本文以220kV变电站内66kV母线电压为研究对象，分析某变电站66kVⅠ母电压互感器二次回路单相（C相）断开后对整个计量和测量回路的影响并提出相应的解决措施。
1接线方式
在电力系统中，电压互感器的接线方式有多种，其中使用最为广泛的接线方式是用3台单相三绕组电压互感器构成YN，yn，d0或YN，y，d0的接线形式，广泛应用于3～220kV系统中，其二次绕组用于测量相间电压和单相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用，其电压互感器的一、二次接线如图所示。
某地区电压互感器的接线方式主要采用图1所示的典型接线方式，其对应的二次回路设计如下。a．对于500kV变电站，电压互感器二次侧的测量回路与计量回路是相互独立的2个回路，在设备现场端占用电压互感器2个二次线包，且都为三相四线式接线。b．220kV、66kV变电站采用三相四线式接线，但现场端为2回路公用1个电压互感器二次线包，单电缆入保护室后分别送入测控装置和电能计量装置。测量回路采用三相四线式接入测量仪表，计量回路根据其重要性和精确度分为两表法和三表法2种接线方式。220kV间隔采用精度较高的三表法接线方式，66kV间隔和10kV间隔则采用两表法接线方式。
2问题描述
在电力系统中，电压互感器的接线方式有多种，其中使用最为广泛的接线方式是用三台单相三绕组电压互感器构成YN，yn，d0或YN，y，d0的接线形式，广泛应用于3～220kV系统中，其二次绕组用于测量相间电压和单相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用，此种电压互感器的一、二次接线图如图所示。某地区电压互感器的接线方式主要采用图1所示的典型接线方式，其对应的二次回路设计如下：对于500kV变电站，电压互感器二次侧的测量回路与计量回路是相互独立的两个回路，在设备现场端占用电压互感器的两个二次线包，并且都为三相四线式接线。220kV、66kV变电站也采用三相四线式接线，但现场端为两回路公用一个电压互感器二次线包，单电缆入保护室后分别送入测控装置和电能计量装置，其中测量回路采用三相四线制接入测量仪表，而计量回路根据其重要性和精确度分为两表法和三表法两种接线方式。220kV间隔采用精度较高的三表法接线方式，66kV间隔和10kV间隔则采用两表法接线方式。当异常情况出现时，现场观察到的现象及处理流程如下：（1）在远动后台机主接线图上观察66kVⅠ母、Ⅱ母电压（由于画面空间有限，常规画图法是仅显示UA、UB、UC及UAB），电压数值显示全部正常。（2）在远动后台机厂站电压列表中，Ⅰ母UC并不为0，而是接近单相额定值（约36kV），UA和UB都是37kV，线电压UAC数值异常，仅为3.5kV左右，UAB、UBC基本正常，都是65kV左右。（3）用数字万用表在远动测控屏后方Ⅰ母电压互感器间隔的端子排上进行电压测量，有Ua≈Ub≈Uc≈57V，Uac≈6.5V，Uab≈Ubc≈99V。（4）利用66kVⅡ母电压互感器二次电压校对Ⅰ母电压互感器二次电压，采用的方法是测量两段母线同相的电压差，测得Ua1-a2≈0V，Ub1-b2≈0V，Uc1-c2≈98V。（5）由此确定66kVⅠ母C相故障。
3异常处理的解决措施
通过上述分析可以得出结论：对于某地区现行的电压互感器二次回路接线方式，单相（C相）断开后造成测量异常的主要原因是电度表电源模块内阻的不平衡，而对于电度计量仪表而言不论何种接线方式、何种电压互感器二次回路结构，电压互感器单相断线都会导致严重的计量误差。考虑到自动化测控装置在现场的功能与作用，可以提出如下的解决措施：远动后台监控系统应该提供各类模拟量的越限报警，并提供组合逻辑判断，即在母线停运时，尽管母线电压低于下限也不产生报警，而母线正常运行时，母线电压一超过上限或低于下限便产生报警，通知运行监视人员进行处理。对于有条件的变电站，其电压互感器的测量回路和计量回路应相互独立，其优点是一个回路故障不影响另一回路，而且每一回路的电压互感器二次负载电流比两个回路共用一个电压互感器二次线包时要小，可以提高计量精度。运行人员应定时记录相、线电压值，发现异常及时报告和处理。
结语
本文以物理建模的方式对电压互感器二次回路单相跳闸所引发的异常进行分析，通过模拟仿真，结合现场实际讨论多组参数对模型的影响，并给出最符合故障现场的一组参数，最后根据分析结果给出相应的二次回路设计建议，同时提出通过完善自动化监控系统报警功能与日常运行人员维护操作相配合的解决措施，此种方案可以尽早发现回路缺陷，将故障的影响降到最低。由于某地区 220kV 及以下变电站普遍采用电压互感器对电度表进行供电的接线方式，所以此种物理模型非常具有普遍性，在其他变电站发生类似异常时也可以利用本文所建立的模型进行分析。需针对复杂电网事故详细调查并分析事故发生及处理过程，查找事故原因，总结事故处理经验和教训，从中发现电网薄弱环节、设备缺陷以及管理漏洞，从而不断优化电网运行方式、强化设备运维水平、提高人员事故处理水平，使电网运行管理更加完善，保障电网安全稳定运行，更好地为经济建设服务。
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论文作者:李红利
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/13
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