接地线状态

2024-06-18

接地线状态（精选3篇）

接地线状态篇1

0 引言

在变电检修和线路检修过程中, 挂接地线是至关重要的一环, 但不规范的管理或使用将会造成接地线的漏拆, 导致带接地线合闸的误操作事故发生, 给人身、电网、设备的安全造成了极大的危害。特别是近几年, 随着电网建设力度的加大, 电网容量不断增大, 传输功率不断提升, 各类电力网与网之间的联系更加紧密, 牵一发而动全身的可能性极大, 如果发生带接地线合闸送电, 特别是发生在主要设备或通道上, 将会对电网造成不可估量的破坏, 给人民生活、经济发展和国家形象造成严重的影响。

传统方法主要有两种, 一是通过强化制度的执行, 规范接地线使用的管理来实现;二是通过变电站防误系统带有的闭锁功能来实现。虽然以上两种方法都能在实际运用中取到实质性的效果, 但都分别存在不可移越的障碍和管理空白。通过规范接地线管理的方法中每一步骤的实施都是要靠人这个实施主体来严格执行制度、流程来保证, 受人员因素干扰较大;防误系统除了存在执行主体行为不确定的问题外, 更主要的是这种方法存在很大的局限性, 仅能用于站 (厂) 内的特定设备, 而不适用于线路接地线的控制。除此以外, 文献[2]提出的接地线状态监视预警系统对接地线进行编号, 建立输电线检修时临时接地线挂接和撤除识别手段, 并将信号实时回传给调度端, 向调度值班人员和相关管理人员提供接地线未撤除的预警信号, 在一定程度上防止了带接地线合闸的误操作发生, 但是仍然涉及人的行为, 有一定的不确定性, 而且监测过程的数据传输依赖无线信号, 不具有独立性。文献[3]提出的接地线状态在线监测系统将接地线状态编辑成短消息发送到调度中心, 再由调度中心工作人员将接地线状态反馈给现场操作人员, 过程较为繁琐, 实时性差。文献[4]研究的可视化监测装置利用超声波测距结果对接地线状态进行判断, 并且增加了视频装置, 为接地线状态提供了更加可靠的信息, 但是超声波测距过程容易受空气密度干扰。文献[5]提出的智能临时接地线管理系统通过对临时接地线进行改造, 通过加入地线识别与闭锁附件, 使临时接地线纳入五防管理系统, 但对临时接地线作此改造成本较大, 经济性不高。文献[6, 7]提出了一种全新的检测方法, 通过产生回路电流的大小作为接地线状态判定依据, 回路电流大小受到线路长度的影响较大, 但文献中未提及判据适用线路长度范围。文献[8, 9]同样给线路加一信号源, 以测得的环路电阻大小作为判据, 该法的不足之处在于适用线路长度短, 有一定局限性。

本文在前述文献的基础上, 提出了一种新的方法, 能够在保证准确性和有效性的基础上克服以上问题。该法利用可变频接地电阻测试仪在线路首端加一感应电压信号, 通过测试环路电流, 在仪器内部计算出环路阻抗, 以其相角为判据判定接地线状态, 使工作人员在合闸前得到接地线信息, 防止误带接地线合闸的发生。由于现有的接地电阻测试仪无法以环路阻抗角作为判定依据, 本文对现有仪器的软件部分做出改进以适应本法。本法的优点是判断结果准确、可靠, 使用简便, 经济性高, 同时适用的线路长度范围大大增加, 可以满足所有10kV配网线路的要求。

1 原理

检修中的线路可以看做是终端接有电抗器L0的空载线路, 如图1所示。

根据均匀无损传输线的分布参数等值电路模型中长线路的基本方程和入口阻抗方程[10], 得到如下结论。

(1) 线路无漏拆接地线时, 输电线路末端开路, L0→∞, 从首端看进去的入口阻抗为:

(2) 线路有漏拆接地线时, 输电线路末端短路, L0=0, 从首端看进去的入口阻抗为:

由此可知, 两种情况下的入口阻抗Zr随参数η变化而变化, 在1/2个频率波长内, 入口阻抗的大小与线路长度l的变化关系如图2所示。

可以看出:

当时, 两种情况下入口阻抗的相角发生变化, Zoc由容性变为感性, Zsc由感性变为容性。

由以上分析, 当时, 可以环路阻抗相角φZl作为接地线状态的判断依据, 即:

其中:φU、φI以及φZl分别表示激励电压、环路电流和环路阻抗的相角。

由于通常在测量处加的激励电压相角为零, 因此只需测出环路电流的相角即可判断出阻抗的相角。由式 (3) 得具体判断方法如下:

这一特征受所加电源频率和线路参数的影响, 频率越低, 零序电感L0及零序电容C0参数越小, 判据适用的有效线路长度越长。

2 仿真验证

用EMTP仿真软件进行仿真, 搭建架空线路仿真模型见图3和图4。

图3, 图4分别为未挂接地线模型和挂有接地线模型, 其中, AC1、AC2为设定为100V的交流电源, m1、m2为电流测试装置, 测量单位为安培 (A) , TML1为参数恒定的线路, Bus1为母线, 后接变压器DYg_1 (DYg接法, 变比为10/0.38kVA) 和负载Load1 (包括有功负载P=100kW和无功负载Q=100kVar) 。

现有电阻测试仪通过前端卡环这一特殊的电磁变换器, 可以提供多种频率的高频 (通常>1k) 激励电压信号, 目的是排除工频交流电和设备本身产生的高频噪声所带来的地线上的微小电流干扰。现假定将仪器的测试频率设定为1.7kHz, uUmv=100V, 改变线路长度进行仿真, 两种情况下环路阻抗值如图5所示 (这里由于交流电路三相并联, Zloc=Zoc/3, Zlsc=Zsc/3) , 环路电流值和环路阻抗值 (部分值) 如表1所示。

经验证, 表1中数据与之前的理论分析基本一致, 现将其绘制成图5的形式[ (b) 中正负表示相角情况]。

分析如下:

(1) 图5 (a) 中, 当线路长度时, 两种情况的环路电阻值趋于相等, 若是用文献[8, 9]中检测电阻值差异的方法对接地线状态进行判断, 则在此种频率下要求线路长度小于12.823km, 不能满足所有10kV线路, 因此该法对线路长度限制较大。

(2) 图5 (b) 中呈现出的环路阻抗和线路长度的关系与之前图2的理论分析结果基本吻合, 充分证实了理论分析的正确性。

(3) 图5 (c) 中两种情况下阻抗角的正负关系体现了本文所提出的方法, 当线路长度l< (v/4f) =25.646km, 无漏拆接地线时环路阻抗角恒小于0, 反之, 有漏拆接地线时环路阻抗角恒大于0, 于是在这一长度范围内可以对接地线状态进行判断, 完全可以满足所有10kV线路的检测, 且范围超出文献[8, 9]中所提方法的一倍, 这是本法最大的优势。

(4) 图5 (c) 中, 在线路长度0

3 结语

本文介绍了以环路阻抗为判据对接地线状态进行判断的方法, 并对相应硬件实现进行了改进, 在仿真验证的基础上可以看出该法是切实可行的, 且对比其他获得接地线状态信息的方法来说, 该法具有操作简便, 成本低, 结果可靠和适用面广等优势, 具有推广价值。

参考文献

[1]唐成虹, 宋斌, 胡国, 等.基于IEC 61850标准的新型变电站防误系统.电力系统自动化, 2009, 33 (5) :96-99.

[2]张占龙, 李德文, 郭祥书, 等.线路检修及接地线状态监视预警系统[J].电力系统自动化, 2009, 33 (16) :112-115.

[3]徐建源, 窦文君, 王爱弘.接地线状态在线监测系统设计[J].电力自动化设备, 2008, 28 (7) :111-113.

[4]刘家军, 缪俊, 姚李孝, 等.电力检修作业挂接地线可视化监测装置[J].电力自动化设备, 2010, 30 (7) :134-136.

[5]陈志根.智能临时接地线管理系统在变电站的应用研究[J].湖北电力, 2010, 34 (6) :9-10.

[6]伍文聪, 姜静, 余涛, 等.配电网临时接地线检测方法的研究[J].电力系统保护与控制, 2012, 40 (23) :151-155.

[7]姜静, 余涛, 黄剑斌, 等.配网接地线安全检测仪的研制[J].电测与仪表, 2013, 50 (570) :93-96.

[8]李立伟, 邹积岩.新型双钳口接地电阻在线测量仪[J].电力系统自动化, 2003, 27 (14) :83-86.

[9]曾志海.钳形接地电阻仪的研究与设计[D].上海:上海大学, 2005.

[10]陈维贤.内部过电压基础[M].北京:电力工业出版社, 1981:3-6.

[11]陈慈萱.电气工程基础 (下册) [M].北京:中国电力出版社, 2004:572-574.

接地线状态篇2

1 目前输电线路覆冰状态监测存在的问题

目前, 国内输电线路覆冰状态监测的主要通过称重/拉力传感器、导线温度/倾角传感器以及图像监测等实现。现有输电线路覆冰在线监测的称重/拉力传感器、导线温度/倾角传感器均为电气测量传感器, 存在非线性、零点漂移、蠕变等特性, 测量结果欠稳定, 使用寿命较短, 可靠性欠佳, 易受输电线路周围强电磁环境干扰。而采用图像监测的方法, 由于图像识别方法计算量巨大, 图像数据需要占用大量的电力通信通道;此外在风雪较大的情况下, 雪花及覆冰容易遮盖监控器镜头, 导致无法准确地分辨出导线的覆冰情况, CCD/CMOS成像系统在恶劣环境下的可靠性较差[1]。

2 输电线路光纤复合地线覆冰状态监测方法

导线覆冰受输电线路长的影响, 各段线路的环境影响不尽相同, 现行覆冰监测方法, 有着需要现场电源, 易受电磁干扰, 不能分布式测量, 使用寿命短等缺点, 同时, 选择相关影响因子比较复杂, 数据稳定性差, 所以预测线路覆冰的误差较大[2]。

目前, 在电力系统内的通信和数据传送上也普遍利用光纤。在110 k V以上的输电线路中, 将光纤集成于架空高压输电线的地线中, 同时兼具地线与通信的功能, 即光纤复合地线 (OPGW) [3]。将基于分布式光纤传感技术和光纤复合地线研究一种输电线路光纤复合地线覆冰状态监测方法。

在该方法中, 选取光纤复合地线覆冰条件下动张力随时间变化值作为覆冰状态的相关因子, 通过多元线性回归分析预测光纤复合地线覆冰状态的监测方法, 解决现有分析方法中选取气象、导线拉力、导线风偏角等参数, 统计分析导线覆冰状态存在的数据归一性、稳定性和准确性差导致监测覆冰状态准确度不高的问题, 通过选取光纤复合底线各测量点60 s动张力的变化值作为覆冰状态的相关影响因子, 可以减小测量精度引起的误差, 提高数学模型的稳定性, 减少随机误差[4]。

3 输电线路光纤复合地线覆冰状态监测技术方案

通过选取光纤复合地线m个测量点60 s动张力变化值作为覆冰状态的相关影响因子, 进行回归分析, 推到覆冰状态回归分析模型, 实现对光纤复合地线覆冰状态的监测, 包括以下步骤 (见图1) 。

步骤一:使用分布式光纤传感器采集光纤复合地线上m个测量点的动张力分部数据, 管线传感器测量分辨率为1 m, 测量点可以达到1万个, 测量距离越长分辨率越低, 测量时间为30 s/次。

步骤二:根据分布式光纤传感器的技术特性, 将本次测量的结果与上一次测量结果逐点相减, 得到m个测量点的动张力变化数据, 将两次测量时间间隔确定为60 s, 得到m个测量点间隔60 s的动张力变化数据。

步骤三:以每两个杆塔之间的光纤复合地线为运算单元, 以输电线路沿线根据杆塔数量确定运算单元, 将历年观测没有覆冰的单元排除, 将出现覆冰的单元纳入分析范围, 将各个单元进行独立分析, 对覆冰状态与测量数据进行聚类分析, 选择相关性好的测量点数据, 进行回归分析运算。

步骤四:如图2所示, 选择一个单元进行建立覆冰状态的多元线性回归分析模型, 采用多元线性回归分析方法, 将覆冰状态Y作为因变量, 将m个测量点的ΔHm作为因变量, 把覆冰状态的观测值和对应监测到的m个点的动张力60 s变化值, 运算得到回归系数和均方差σ2, 该单元的覆冰状态回归数学模型[5]:

上述步骤中所述的“m个测量点”是指, 根据分布式光纤传感器测量分辨率, 在一个测量单元内的测量点数量, 分辨率越高在一个测量单元内的测量点越多, 例如, 两个杆塔之间的跨度是500 m, 测量分辨率是1 m, 则m值为500。

上述步骤中所述的“ΔHm”是指, 将60 s动张力变化值记为ΔH, 将光信号进入侧杆塔最近的测量点的60 s动张力变化值记为ΔH1, 以此类推为ΔH2, ΔH3, …, ΔHm, m=1, 2, 3, …。

4 光纤复合地线覆冰状态监测具体实施方式

如图2所示, 选择一个单元进行建立覆冰状态的多元线性回归分析模型:将覆冰状态作为因变量系列, 将光纤复合底线各测量点60 s动张力的变化值作为自变量序列, 建立多元线性回归模型, 并求出该模型的回归系数[6]。

1) 多元线性回归模型[7]

式中, m≥2, β1, β2, …, βm是m+1个回归系数, ε~N (0, σ2) 为模型的随机误差, 将模型用Y的n个观测值与监测的m个测量点动张力变化值xm来表示, 则模型为:

如果用Y, X, β, ε为矩阵:

以上模型简化为Y=Xβ+εi。

2) 计算回归系数[8]。

假设已经得到回归系数β的一个估计, 记为, 则被解释变量和随机误差项的估计值分别为:

残差平方和可以表示为:

由OLS估计得到:

参数σ2的一个无偏估计为:

3) 建立回归数学模型。根据实际测试的覆冰厚度数据和m个测量点的动张力 (ΔHm) 数据求得回归系数以及模型的随机误差, 得到回归分析模型方程:

上式中Y值为光纤复合地线覆冰厚度, ΔH1, ΔH2, …, ΔHm, 为光纤复合地线m个测量点的动张力变化数据, ε为随机误差, 将光纤复合地线m个测量点动张力变化值代入上式, 就可以得到光纤复合地线覆冰生长的情况[8]。

5 输电线路光纤复合地线覆冰状态监测试验

1) 实验室试验以忻凤线107号~117号为试验原型, 选择5个杆塔跨度进行模型设计。测试结果为:在模拟10 mm覆冰情况下, 在7.1 m/s, 6.6 m/s, 6.3 m/s, 6.2 m/s, 6.0 m/s, 5.8 m/s, 5.4 m/s, 5.3 m/s, 4.8 m/s, 4.4 m/s风速条件下, 通过两塔架之间平均分布10个测试点的应变值的分析得出, 垮端动张力大于跨中动张力, 夸中动张力变化存在1个极大值点, 2个极小值点, 将跨端与跨中动张力比值 (F=B/A) 作为空气动力失稳的临界状态的预警参数, 当该比值达到F=B/A=1.75时, 复合地线会发生空气动力失稳。

2) 2013年8月—2014年12月, 在国网忻州500 k V变电站忻凤线安装系统, 进行上线试验。选择OPGW中的单模通信光纤作为分布式光纤传感器与分布式光纤解调仪连接。试验结果:监测距离50 km, 监测点达到100 000个。测试数据可以区分光纤线路接续损耗状况, 能辨别线路因地形造成的跨度及受力变化情况;对电缆风舞事件响应灵敏, 报警定位准确, 能有效测量电缆风舞的幅度大小和舞动频率, 与实验室试验结果基本一致。因没有覆冰情况发生, 没有测试到覆冰状态数据, 仍需要通过长期测试, 验证试验结论。

6 结论

光纤复合地线覆冰舞动表现为围绕光纤复合地线静平衡状态交互变化, 光纤复合地线各段的动张力呈现跨段大于静张力, 跨中小于静张力的交互分布, 分布式光纤传感系统可测量光纤复合地线沿线动张力分布状态, 从而可以监测导线的覆冰状态。

摘要：文中为解决现有输电线路覆冰状态监测系统需要现场电源, 易受电磁干扰, 不能分布式测量, 使用寿命短等缺点, 开发基于分布式光纤传感技术的输电线路覆冰在线监测方法。通过选取光纤复合地线动张力的变化值作为覆冰状态的相关影响因子, 进行回归分析, 推到覆冰状态回归分析模型, 实现对光纤复合地线覆冰状态的监测。

关键词：输电线路覆冰状态监测,光纤复合地线动张力,影响因子

参考文献

[1]黄新波, 张国威.输电线路在线监测技术现状分析[J].广东电力, 2009, 22 (1) :13-20

[2]吕玉祥, 占子飞, 马维青, 等.输电线路覆冰在线监测系统的设计和应用[J].电网技术, 2010, 34 (10) :196-200

[3]李立浧, 阳林, 郝艳捧.架空输电线路覆冰在线监测技术评述[J].电网技术, 2012, 36 (2) :237-243

[4]李成宾, 杨志, 黄春林.光纤布里渊传感在输电线路覆冰监测中的应用[J].电力系统通信, 2009, 30 (200) :37-41

[5]阳林, 郝艳捧, 黎卫国, 等.输电线路在线监测覆冰力学计算模型[J].中国电机工程学报, 2010, 30 (19) :100-105

[6]邢毅, 曾奕, 盛戈皞, 等.基于力学测量的架空输电线路覆冰监测系统[J].电力系统自动化, 2008, 32 (23) :81-85.

[7]徐青松, 劳建明, 侯炜, 等输电线路非均匀覆冰的实时监测和计算模型[J].高电压技术, 2009, 35 (11) :2865-2869.

接地线状态篇3

1 概述

CDEGS是Current Distribution、Electromagnetic Field、Gro-unding and Soil Structure Analysis (电流分布, 电磁场, 接地和土壤结分布) 的缩写, 它是由加拿大SES公司 (Safe Engineering Services&Technologies Itd.安全技术工程服务有限公司) 出品。该软件为接地、电磁场、交直流电磁兼容, 以及阴极保护等问题服务, 具有多种组件高度集成以及多功能的通用软件工具, 它可以计算在正常运行、故障、雷击, 以及操作状态条件下, 任意由地上或地下的带电导体所组成网络中的电流和电磁场, 其中土壤结构可以是非均匀的多种类型的土壤结构, 导体可以是裸导体、带绝缘层的管道或在管道中的电缆。目前, CDEGS软件包具有RESAP (电阻率分析) 、MALT (接地计算和分析) 、MAIZ、SPLITS (线路和所相连的变电站回路模拟) 、TRALIN (输电线路) 、HIFREQ (高频分析) 、FCDIST (故障电流分布) 、FFT-SES (SES中的FFT变换) 共计8个功能模块。

变电站接地网状态评估主要是基于CDEGS软件, 根据实际接地系统的结构, 采用测量分析得到的分层土壤模型, 分析分层土壤模型下接地系统的电气参数。主要内容包括:1) 对运行变电站接地阻抗测试结果以及分流对运行变电站接地阻抗测试结果的影响进行详细计算研究, 通过软件计算和实测结果对照, 验证CDEGS软件仿真模型的可信性, 给出变电站接地阻抗值;2) 确定变电站最大入地故障电流及其分布情况;3) 以整个变电站场区为研究对象, 计算实际接地系统在接地短路时地网接地导体的电位升高, 是否满足二次设备安全的要求;4) 计算变电站跨步电压Us和接触电压Ut分布情况, 对比测试结果和跨步电压Us和接触电压Ut的限值, 判断变电站Us、Ut的分布情况, 分析和评估在地表产生的接触电压和跨步电压是否满足人身安全要求。

2 接地网接地阻抗仿真计算与测量结果的比对验证

2.1 接地网接地阻抗仿真计算

根据变电站接地网设计图, 利用CDEGS软件中的MALZ (接地网分析) 模块和土壤分层计算结果, 对接地网的接地阻抗进行了计算。

2.2 仿真计算与测量结果的比对验证

将变电站带出线避雷线的地网接地阻抗实测值, 采用基于实测站址分层土壤电阻率结构分析的CDEGS软件仿真计算结果, 与投运前地网接地电阻交接测试结果进行对比分析。

3 单相接地短路电流计算

利用CDEGS软件的FCDIST模块计算母线单相接地故障时故障电流的分流情况。计算中要用到各出线的长度、平均档距、杆塔接地电阻值、线路对侧变电站的接地阻抗值以及架空地线参数等。

3.1 变电站发生单相接地故障时, 地网导体电位升高 (GPR)

对变电站设备运行和人员安全要求来说, 主要是关心发生设备单相接地故障时变电站围墙内场区与一次设备和二次系统接地引下线直接相连的地中金属导体的稳态工频电位差, 是否对二次设备 (或二次回路) 的绝缘造成威胁, 其中二次设备 (或二次回路) 的绝缘水平可参考DL/T621—1997《交流电气装置的接地》和GB/T4703—2001《电容式电压互感器》等相关数据确定 (通常取2 000 V～3 000 V, 1 min的范围) 。另一方面, 关注设备单相接地故障时, 地网金属导体高电位外引是否可能威胁站外人员和设备的安全。

利用MALZ模块计算变电站内典型位置发生设备单相接地故障时的整个地网系统 (包括站内和站外地网) 导体电位升高。

3.2 变电站发生单相接地故障时跨步电压和接触电压

应用MALZ模块计算变电站地网场区典型位置发生设备单相接地故障时的接触电压和跨步电压分布。对于跨步电压, 主要考察变电站围墙内场区、围墙周围的地网边缘区域和围墙外扩地网延长导体区域;对于接触电压, 则主要考察变电站围墙内场区有可能发生单相接地短路故障的设备区域。

4 变电站站址土壤结构分析

变电站站址的不同间距的视在土壤电阻率现场测试, 采用四极法测量得到变电站站址的土壤电阻率随测量极间距变化的曲线, 根据视在土壤电阻率现场基础测试数据, 利用CDEGS软件的RESAP (土壤电阻率分析) 计算模块, 通过优化分析, 反演得到变电站站址的土壤实际分层结构模型。

接地网状态准确评估的基础是接地阻抗、土壤电阻率的测量及土壤电阻率的分层分析, 为了更好地对接地网进行分析计算, 需要了解变电站所在地域的土壤状况。分层土壤电阻率数据的详细测量是CDEGS软件的应用准确性的基础, 而后者直接影响到地网状态评估工作的质量, 因此, 土壤电阻率数据的准确性非常关键。

5 CDEGS软件在评估中应用的基本流程

软件变电站接地网状态数值评估中应用的基本流程如图1所示。箭头方向指数据的输入方向, 括号内的字符串指计算所要采用的模块。

6 结语

CDEGS软件对综合分析接地网的安全性, 对接地网状态进行理论分析, 结合实际测量对接地网的状态进行系统、准确的评估, 对于确保电力系统的安全可靠运行和变电站工作人员的人身安全具有十分重要的意义。

摘要：通过现场实际测试并与CDEGS软件计算相结合, 综合分析了接地网的安全性;准确分析出接地网入地故障电流、接地阻抗、接触电压、跨步电压、地网电位分布、地网完整性、地网金属导体腐蚀情况等现时状态。

关键词：变电站,接地网,状态评估,CDEGS软件,应用研究