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

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，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。

我國的智能電網(wǎng)的基本特征就是在技術(shù)上要實現(xiàn)信息化、自動化、互動化。其最基礎(chǔ)的工作就是電力系統(tǒng)運行中各種參數(shù)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(wǎng)供電，是電力系統(tǒng)一個最基礎(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?qū)I(yè)等各種情況，耽誤了發(fā)現(xiàn)的時間，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(dǎo)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(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(wǎng)中都希望一種能對0.4KV環(huán)網(wǎng)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?？蓪崟r發(fā)現(xiàn)，其異常信號可瞬時發(fā)送到相關(guān)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(wù)和異常發(fā)生點通知相關(guān)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(zhì)和服務(wù)質(zhì)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(shù)實現(xiàn)原理和特點

分布式電壓接線異常在線監(jiān)測技術(shù)，不僅僅是一項技術(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(wǎng)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(shè)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(yīng)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(jīng)過認真分析，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(shù)，應(yīng)用負序過濾器原理，即可達到相應(yīng)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(wǎng)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(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(yīng)增設(shè)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(jù)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(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(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，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?qū)ι鲜?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(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，應(yīng)能夠躲過三相電壓不平衡造成的Umn輸出，根據(jù)經(jīng)驗值，400V環(huán)網(wǎng)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(shù)K，一般取1.5倍，也就是說，在線相序監(jiān)測元件在工作時應(yīng)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(wǎng)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(yīng)影響到主回路，必須有相關(guān)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(nèi)部芯片選擇上，選用了較大功率的芯片，結(jié)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。

所以，在線相序監(jiān)測元件必須杜絕上述兩種情況的出現(xiàn)。

2.分布式在線相序監(jiān)測元件電路構(gòu)成和實際應(yīng)用

圖2 在線相序監(jiān)測元件功能框圖

在線相序監(jiān)測元件電路組成中，最關(guān)鍵的是電源輸入(采樣)回路和報警輸出回路。由于當?shù)貓缶⒉荒軡M足自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中收集、分類處理，及時傳送和處理的要求，所以同樣提供了干接點輸出，以滿足各類自動化監(jiān)測系統(tǒng)的需要。

在線相序監(jiān)測元件的安裝技術(shù)，也是需要重點考慮的，一般的繼電器安裝，要么需要螺絲固定、要么需要專門的槽鋼固定，很不方便。如果在線相序監(jiān)測元件，也采用上述安裝結(jié)構(gòu)，在對安全要求極高的電氣柜屏內(nèi)安裝，沒有可行性。，有必要采用一種新型結(jié)構(gòu)和安裝工藝，來解決這個問題。由于在線相序監(jiān)測元件，電子電路簡單，利用芯片貼片技術(shù)，可以做得很小很輕，所以完全可以利用一種粘結(jié)技術(shù)，將在線相序監(jiān)測元件粘結(jié)在需監(jiān)測點旁鐵板上、繼電器外殼上或電度表的表殼上，安裝非常方便，而且不用維護，如果不用直接扯下來，無任何安全問題。這也保證了在線相序監(jiān)測元件可以很大膽放心地使用。

在線相序監(jiān)測元件可廣泛應(yīng)用在0.4KV各個電源支路和PT二次計量支路上，使得電壓接線異常缺陷能得到有效監(jiān)測，其現(xiàn)實意義遠比變電站直流監(jiān)測更為重大。畢竟0.4KV交流電路更為廣泛可見，該項技術(shù)也為我們的用戶在自己管轄區(qū)域處理相關(guān)電壓接線異常提供了更為有效和便捷的手段。

同樣，對于系統(tǒng)變電站或者某些大用戶(具備比較復(fù)雜的0.4KV環(huán)網(wǎng)接線)，如果能將相序貼監(jiān)測到的相位異常信號，通過電纜或通訊方式進入后臺監(jiān)控系統(tǒng)直接管理，那么對于處理所發(fā)生電壓異常的響應(yīng)時間會大大加快，處理缺陷人員的效率也會明顯提高，將有效縮短因電壓異常引起的各類停電時間。

3.總結(jié)

分布式電壓異常在線檢測技術(shù)不僅是一項技術(shù)上的革新，而且是一種管理理念的創(chuàng)新，它使得我們對0.4KV環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)和PT二次計量回路的電壓接線異常缺陷，有了可靠有效的手段及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，對優(yōu)化電網(wǎng)管理工作，提高服務(wù)質(zhì)量，有著不可忽視的作用。