分布式電壓接線異常在線檢測方法在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

引言

智能電網(wǎng)（smart power grids），就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。

我國的智能電網(wǎng)的基本特征就是在技術(shù)上要實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化。其最基礎(chǔ)的工作就是電力系統(tǒng)運(yùn)行中各種參數(shù)的收集體系的建立，如負(fù)荷電能在線監(jiān)測、變壓器運(yùn)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(wǎng)供電，是電力系統(tǒng)一個(gè)最基礎(chǔ)、最廣泛的供電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其重要性不言而喻。0.4KV環(huán)網(wǎng)供電品質(zhì)的好壞，直接影響到供電行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。但是，應(yīng)該看到，由于使用廣泛，該基礎(chǔ)系統(tǒng)由于各種原因，在運(yùn)行過程中常常會發(fā)生相序接反、相位接錯(cuò)、接線不緊或漏電燒保險(xiǎn)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?qū)I(yè)等各種情況，耽誤了發(fā)現(xiàn)的時(shí)間，影響了供電質(zhì)量、延誤了正常用電。對電力系統(tǒng)和用戶來說都產(chǎn)生了負(fù)面的影響。

PT二次計(jì)量電壓回路，牽涉到電度表的計(jì)費(fèi)問題，因使用直徑過細(xì)的電纜，導(dǎo)致計(jì)量電壓下降，直接影響到計(jì)費(fèi)。更何況，計(jì)量回路相序接反、缺相等異常情況，更會導(dǎo)致電度表轉(zhuǎn)速減慢甚至不轉(zhuǎn)，導(dǎo)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(dòng)檢測手段，主要是派專人進(jìn)行巡檢，效率低，成本高。當(dāng)然，對于涉及收電費(fèi)的計(jì)量系統(tǒng)，針對某些重要用戶，系統(tǒng)中加裝了負(fù)荷電能監(jiān)測儀，進(jìn)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(wǎng)中都希望一種能對0.4KV環(huán)網(wǎng)供電及計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)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(dāng)系統(tǒng)中電壓回路接線異?？蓪?shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，其異常信號可瞬時(shí)發(fā)送到相關(guān)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)快速進(jìn)行判斷并給出處理指令，將處理任務(wù)和異常發(fā)生點(diǎn)通知相關(guān)班組和人員進(jìn)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(zhì)和服務(wù)質(zhì)量，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1．分布式電壓接線異常在線監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理和特點(diǎn)

分布式電壓接線異常在線監(jiān)測技術(shù)，不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)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(gè)長期困擾電力系統(tǒng)管理部門的頑癥得到有效解決。

當(dāng)然對于0.4KV環(huán)網(wǎng)供電回路和PT二次計(jì)量回路，建立分布式在線監(jiān)測，難度是不小的，因?yàn)闋可娴脑O(shè)備眾多，只要有接線連接的地方就有可能發(fā)生相序異常或缺相的情況，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(fù)擔(dān)。即使針對一個(gè)35KV變電站系統(tǒng)，應(yīng)用在線相序異常檢測元件，估計(jì)也要幾十甚至上百個(gè)。也就是說，如果要有實(shí)時(shí)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(gè)非常重要的指標(biāo)。經(jīng)過認(rèn)真分析，不難發(fā)現(xiàn)，要想讓在線相序監(jiān)測技術(shù)廣泛使用，所研制的監(jiān)測元件一定要符合以下標(biāo)準(zhǔn)：1、成本低廉、2、安裝簡便（不停電即可安裝）、3、免維護(hù)、4、不影響所監(jiān)測回路、5、報(bào)警信號可收集、可遠(yuǎn)傳等。

監(jiān)測電壓回路接線異常，有現(xiàn)成的成熟技術(shù)，應(yīng)用負(fù)序過濾器原理，即可達(dá)到相應(yīng)目的。原理實(shí)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(wǎng)供電系統(tǒng)的要求，又能夠正確反映PT二次計(jì)量回路的電壓接線異常情況，）所以在負(fù)序過濾器電路中除了選用各合適的參數(shù)，還增加了自適應(yīng)電路。并且，由于400V環(huán)網(wǎng)供電中，由于負(fù)載的不對稱，常常使得電源不平衡造成負(fù)序過濾器的誤動(dòng)，造成誤報(bào)警。為了躲避此現(xiàn)象，應(yīng)增設(shè)浮動(dòng)門檻，以躲過三相不平衡電壓造成的影響。在原理實(shí)現(xiàn)上，我們可用向量圖進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖1 三相 負(fù)序電壓濾過器

根據(jù)上述向量圖，分析發(fā)生各類電壓接線異常情況時(shí)的mn間的電壓幅值，可得出以下結(jié)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(wǎng)供電系統(tǒng)電壓回路異常進(jìn)行檢測，又能同時(shí)適用于PT二次計(jì)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(jìn)行進(jìn)一步分析。

按負(fù)序過濾器的工作原理，從上述公式中，可得出，在標(biāo)準(zhǔn)電壓輸入下，可以計(jì)算出相關(guān)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(shí)，Umn輸出電壓量最大；PT二次計(jì)量電壓回路發(fā)生B相缺相時(shí)，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?qū)ι鲜?種情況均能做出報(bào)警，而且最大能穩(wěn)定承受700V以下的高壓。這主要是考慮當(dāng)發(fā)生雷電瞬時(shí)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(yīng)損壞。待系統(tǒng)正常后，該相序監(jiān)測元件可回復(fù)正常工作。

在線相序監(jiān)測元件的設(shè)計(jì)，應(yīng)能夠躲過三相電壓不平衡造成的Umn輸出，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，400V環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，其不平衡電壓輸出估計(jì)在15~20V左右。再考慮裕量，乘上可靠系數(shù)K，一般取1.5倍，也就是說，在線相序監(jiān)測元件在工作時(shí)應(yīng)能躲過30V以下的不平衡輸出電壓?？紤]因負(fù)載嚴(yán)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(dòng)門檻保證不誤發(fā)信。

考慮到環(huán)網(wǎng)供電回路及計(jì)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(yīng)影響到主回路，必須有相關(guān)保護(hù)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(nèi)部芯片選擇上，選用了較大功率的芯片，結(jié)果影響到計(jì)量電壓的幅值，造成少計(jì)量，電能計(jì)費(fèi)上有所損失。