分布式电压接线异常在线检测方法在智能电网中的应用 在线监测, 在线检测, 变压器, 接线, 智能

Bazinga

引言
智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
我国的智能电网的基本特征就是在技术上要实现信息化、自动化、互动化。其最基础的工作就是电力系统运行中各种参数的收集体系的建立，如负荷电能在线监测、变压器运行在线监测、GIS室SF6气体在线监测等。然而，目前在线监测工作才刚起步，很多工作都亟待开展。
0.4KV环网供电，是电力系统一个最基础、最广泛的供电网络架构，其重要性不言而喻。0.4KV环网供电品质的好坏，直接影响到供电行业的服务质量。但是，应该看到，由于使用广泛，该基础系统由于各种原因，在运行过程中常常会发生相序接反、相位接错、接线不紧或漏电烧保险丝造成的缺相等异常现象，对于此类缺陷，频繁发生，但往往由于环境的分散、用户不够专业等各种情况，耽误了发现的时间，影响了供电质量、延误了正常用电。对电力系统和用户来说都产生了负面的影响。
PT二次计量电压回路，牵涉到电度表的计费问题，因使用直径过细的电缆，导致计量电压下降，直接影响到计费。更何况，计量回路相序接反、缺相等异常情况，更会导致电度表转速减慢甚至不转，导致供电公司的营收大量减少。
在电力系统和一些用电大户，对于以上两种情况，目前并没有比较好的自动检测手段，主要是派专人进行巡检，效率低，成本高。当然，对于涉及收电费的计量系统，针对某些重要用户，系统中加装了负荷电能监测仪，进行监测。但是由于成本昂贵，不能大范围推广。
针对上述情况，在目前电力系统以及未来的智能电网中都希望一种能对0.4KV环网供电及计量系统进行电压相序分布式在线监测手段，成本不高，无监测盲区，当系统中电压回路接线异常可实时发现，其异常信号可瞬时发送到相关自动化监控系统，监控系统快速进行判断并给出处理指令，将处理任务和异常发生点通知相关班组和人员进行处理。此类异常的快速处理，对提高电力系统的供电品质和服务质量，有着重要的现实意义。
1．分布式电压接线异常在线监测技术实现原理和特点
分布式电压接线异常在线监测技术，不仅仅是一项技术手段，也是一种管理手段，通过建立分布式在促使电压接线异常这个长期困扰电力系统管理部门的顽症得到有效解决。
当然对于0.4KV环网供电回路和PT二次计量回路，建立分布式在线监测，难度是不小的，因为牵涉的设备众多，只要有接线连接的地方就有可能发生相序异常或缺相的情况，如果采用过多的在线相序在线监测元件，其成本是不小的负担。即使针对一个35KV变电站系统，应用在线相序异常检测元件，估计也要几十甚至上百个。也就是说，如果要有实时地监测的效果，必须采用大量的在线相序监测元件。那么，相序监测元件的开发成本，是一个非常重要的指标。经过认真分析，不难发现，要想让在线相序监测技术广泛使用，所研制的监测元件一定要符合以下标准：1、成本低廉、2、安装简便（不停电即可安装）、3、免维护、4、不影响所监测回路、5、报警信号可收集、可远传等。
监测电压回路接线异常，有现成的成熟技术，应用负序过滤器原理，即可达到相应目的。原理实现上也很简单。为了让所开发的元件既适用于400V环网供电系统的要求，又能够正确反映PT二次计量回路的电压接线异常情况，）所以在负序过滤器电路中除了选用各合适的参数，还增加了自适应电路。并且，由于400V环网供电中，由于负载的不对称，常常使得电源不平衡造成负序过滤器的误动，造成误报警。为了躲避此现象，应增设浮动门槛，以躲过三相不平衡电压造成的影响。在原理实现上，我们可用向量图进行详细分析。


图1 三相 负序电压滤过器
根据上述向量图，分析发生各类电压接线异常情况时的mn间的电压幅值，可得出以下结论：


所开发的在线相序监测元件，为能够既可对380V环网供电系统电压回路异常进行检测，又能同时适用于PT二次计量电压回路（相间电压为100V）的在线检测工作，有必要对这两种情况进行进一步分析。
按负序过滤器的工作原理，从上述公式中，可得出，在标准电压输入下，可以计算出相关输出电压Umn值，见表1


从表中可发现，380V电压回路发生反相序接线时，Umn输出电压量最大；PT二次计量电压回路发生B相缺相时，Umn输出电压最小。
所开发的在线相序监测元件必须能够对上述9种情况均能做出报警，而且最大能稳定承受700V以下的高压。这主要是考虑当发生雷电瞬时过电压和操作过电压等系统异常情况，该相序监测元件，不应损坏。待系统正常后，该相序监测元件可回复正常工作。
在线相序监测元件的设计，应能够躲过三相电压不平衡造成的Umn输出，根据经验值，400V环网系统，其不平衡电压输出估计在15~20V左右。再考虑裕量，乘上可靠系数K，一般取1.5倍，也就是说，在线相序监测元件在工作时应能躲过30V以下的不平衡输出电压。考虑因负载严重不对称引起的三相不平衡，，在线相序监测元件需采用浮动门槛保证不误发信。
考虑到环网供电回路及计量回路的重要性，在线相序监测元件，如本身元件发生异常，不应影响到主回路，必须有相关保护措施。影响主回路有两种情况：1、由于在线相序监测元件出现故障，引起主回路短路接地；2、由于在线相序监测元件，内部芯片选择上，选用了较大功率的芯片，结果影响到计量电压的幅值，造成少计量，电能计费上有所损失。
所以，在线相序监测元件必须杜绝上述两种情况的出现。
2．分布式在线相序监测元件电路构成和实际应用


图2 在线相序监测元件功能框图
在线相序监测元件电路组成中，最关键的是电源输入（采样）回路和报警输出回路。由于当地报警，并不能满足自动化监测系统数据集中收集、分类处理，及时传送和处理的要求，所以同样提供了干接点输出，以满足各类自动化监测系统的需要。
在线相序监测元件的安装技术，也是需要重点考虑的，一般的继电器安装，要么需要螺丝固定、要么需要专门的槽钢固定，很不方便。如果在线相序监测元件，也采用上述安装结构，在对安全要求极高的电气柜屏内安装，没有可行性。，有必要采用一种新型结构和安装工艺，来解决这个问题。由于在线相序监测元件，电子电路简单，利用芯片贴片技术，可以做得很小很轻，所以完全可以利用一种粘结技术，将在线相序监测元件粘结在需监测点旁铁板上、继电器外壳上或电度表的表壳上，安装非常方便，而且不用维护，如果不用直接扯下来，无任何安全问题。这也保证了在线相序监测元件可以很大胆放心地使用。
在线相序监测元件可广泛应用在0.4KV各个电源支路和PT二次计量支路上，使得电压接线异常缺陷能得到有效监测，其现实意义远比变电站直流监测更为重大。毕竟0.4KV交流电路更为广泛可见，该项技术也为我们的用户在自己管辖区域处理相关电压接线异常提供了更为有效和便捷的手段。
同样，对于系统变电站或者某些大用户（具备比较复杂的0.4KV环网接线），如果能将相序贴监测到的相位异常信号，通过电缆或通讯方式进入后台监控系统直接管理，那么对于处理所发生电压异常的响应时间会大大加快，处理缺陷人员的效率也会明显提高，将有效缩短因电压异常引起的各类停电时间。
3．总结
分布式电压异常在线检测技术不仅是一项技术上的革新，而且是一种管理理念的创新，它使得我们对0.4KV环网供电系统和PT二次计量回路的电压接线异常缺陷，有了可靠有效的手段及时发现、及时处理，对优化电网管理工作，提高服务质量，有着不可忽视的作用。