66 kV变电所电压互感器自投装置的设计

李建涛，许傲然，张　柳，张玉琨，任永乐

(沈阳工程学院 电力学院，辽宁 沈阳 110136)



66 kV变电所电压互感器自投装置的设计

李建涛，许傲然，张柳，张玉琨，任永乐

(沈阳工程学院 电力学院，辽宁 沈阳 110136)

摘要：66 kV变电所作为中低压配电网的重要电源接点，其电能计量和继电保护的措施及准确度至关重要。电压互感器作为计量与保护的信号源和电压源，能否及时准确的在系统中正常工作是变电所安全工作的条件。近年来，随着分布式电源的接入及电网实验造成电压波动的原因，电压互感器二次非故障断线情况越来越多。针对以上问题设计了安全可靠、经济、体积小的电压互感器断线自投装置。该装置能够自动判断互感器所在线路是否故障，可以在非故障断线情况下及时将互感器再次投入系统运行，保证计量和保护措施。同时自投装置适配于目前电力系统变电所标准低压配电柜，可以做到标准对接，安全有效。本装置已在66 kV变电所实际投入运行，工况良好。

关键词：电压互感器；二次侧断线；自投装置；电能计量

电压互感器作为电力系统的电气测量设备，在电力系统能量计量和系统故障保护中起着十分重要的作用[1]。目前，由于电力系统分布式电源的接入，大型工业的增加和高压试验等原因，造成的电网波动会使电压互感器在系统无故障时跳出工作状态[2]。电压互感器跳出工作状态将造成互感器所在节点电能计量装置失效，影响继电保护装置动作等一系列问题，因此防止电压互感器无故障误断线是急需解决的问题[3]。同时，在电力系统运行中，电压互感器二次短路或接地致使空气开关跳闸或熔断器熔断，或者由于长时间运行造成熔丝接触不良而发生单相或两相断线等这些情况，都可以造成电压互感器二次侧断线，所设计的电压互感器自投装置结构简单紧凑，密封于屏蔽箱体内，抗干扰能力强的自投装置。经验证该自投装置能够使电压互感器在最短的时间内恢复断线，使电压互感器保证实时工作，完成系统的计量工作。

1硬件设计

1.1　控制芯片DSP2407

DSP2407+CPLD开发板套件是一套基于TMS320LF2407A+EPM240的学习开发平台，可以充分发挥DSP2407和ALTERA MAX II的灵活性和强大的功能性，设计中为用户提供了一个完整的IP核，通过CPLD进行系统资源分配，用户可以根据需要进行裁剪或追加功能，本设计通过裁剪或追加功能使断线自投方便可靠。在电压互感器二次回路发生两相断线时,断线的两相与非断线相同相位,大小为原来正常值的一半。TMS320LF2407A最突出的特点在于其事件管理器模块具有2个事件管理器EVA和EVB，2个16位通用定时器，提供了8个16位脉宽调制(PWM)通道。这些都是针对电机控制而设计的，可以实现：三项反相器控制；PWM的对称和非对称波形；可编程的PWM死区控制，防止上下桥臂同时输出触发脉冲而导致直通。

由于开发板的外设都是通过CPLD与DSP连接，具有电平转换、隔离和总线仲裁等先进技术，所以使用起来极为方便、灵活、简洁，并且运行极其稳定。这种结构可以充分利用CPLD的灵活性和功能强大的IP核进行功能更强的系统应用。

1.2　熔断器

如图2所示，装置的设计是将熔断器串联到电压互感器电路中，当所接电路的电流过大时，熔断器熔体断开，保护电路[4]。由于本装置的设计对象为60 kV变电所，熔断器选择为耐高压型三相短路电流熔断器。由于变电所节点和电力系统继电保护装置的设计比较完善，持续性故障大电流存在的几率较小，因此装置设计熔断器的熔断电流为电压互感器所在节点发生三相对地短路时的最大故障电流。

图1　DSP开发平台控制板原理

1.3　继电器

继电器是具有隔离功能和可远程控制的电力系统开关设备[5]。本装置中引入两组继电器A1、A2、B1、B2、C1、C2,同时通过辅助触头控制A1-1、A1-2、A2-1、A2-2、B1-1、B1-2、B2-1、B2-2、C1-1、C1-2、C2-1、C2-2。在装置设计中，继电器将根据DSP输出控制信号，控制所在电路的通断，从而实现在误断线的情况下将电压互感器再次投入系统运行的目的。同时本装置继电器的设计机构及逻辑开关顺序实现了高压电气隔离，装置本身可以不带电，具有较高的安全性。

图2　自投装置硬件原理

2软件逻辑

项目研制的装置放置的位置为电压互感器和二次侧母线之间，为防止装置投入后再次发生短路，在引入装置前单独装设一组熔断器或空气开关，所有引入装置的二次线均经过此回路。电压互感器二次装置三相电压断线判别元件分别由3只一次中间带抽头的电压互感器以及滤波整流电路组成。在系统无波动电压互感器正常工作时，输入电压幅值相等，相位相反，二次侧无输出信号，而当断线时，二次输出的电压经过整流滤波后输出直流，驱动相应的用于选相的双位置继电器。装置中的双位置继电器动作，接通所在电路，直流回路断开，经装置设定时间后继电器动作，同时发出装置启动信号并将断线投入，完成电压互感器自投工作。为提高自动化控制功能，装置的设计将通过DSP系统实现与变电所控制系统的信号通信，在装置动作时发送相应的线路标志信号，使运行监控人员实时掌握系统运行状态。

3装置特点及运行结果

在设计之初针对电力系统60 kV变电所电压互感器误断线的情况进行了分析总结，针对误操作造成的电压互感器断线问题设计了符合实际运行的设备方案。

该装置在辽宁某66 kV变电所投入运行，并在变电所检修期间进行了性能实验，检查装置在不同情况下的实验结果如表1所示。

表1　装置运行实验结果

从以上结果可以看出，该装置可以自动判断危害性故障和暂时性故障，可以根据不同的情况做出准确的判断，保证互感器及时有效地在系统内工作。

4结语

针对电压互感器因误操作或暂时故障断线后无法及时恢复投入系统工作的特点，设计了安全可靠、经济、体积小的电压互感器断线自投装置。该装置能够自动判断互感器所在线路是否故障，可以在非故障断线情况下及时将互感器再次投入系统运行，保证计量和保护措施。同时，自投装置可以适配于目前电力系统变电所标准低压配电柜，做到标准对接，安全有效。本装置已在66 kV变电所实际投入运行，工况良好。所设计项目具有电气工程学科的特色，设计产品符合电气设备及电力系统相关领域的需要。自投装置经验证可行，并具有较强的稳定性、安全性，操作简便，同时价格适中，适宜普遍推广。

参考文献

[1]魏爱玉.220 kV线路单相断线故障的探讨[J].电力与电工,2012(1)：23-27.

[2]李国友,阳家书,孙建华.110 kV线路单相断线故障的继电保护动作分析[J].继电器,2009,22:77-79.

[3]周伟,刘宏君.线路差动保护判别TA二次断线的新方法[J].四川电力技术,2011,(3):270-275.

[4]张柳,解奎元,王丽君.大型火电厂变压器分支零序保护误动案例分析[J].电力系统保护与控制,2010,23:170-175.

(责任编辑佟金锴校对张凯)

Design of the Voltage Transformer Automatic Switching

Device in 66kV Substation

LI Jian-tao，XU Ao-ran，ZHANG Liu，ZHANG Yu-kun，REN Yong-le

(School of Electrical Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：As an important power supply contact in low and medium voltage distribution grid,the measures and accuracy of energy metering and protections in 66kV substation are critical.As a signal source and the voltage source for metering and protections,working timely and accurately of the Voltage transformer is essential for safe operation in substation.In recent years,with the access of distributed power sources and the voltage fluctuation caused by power grid experiment,the voltage transformer secondary side disconnection is increasing.Aiming at the above problem,a voltage transformer automatic switching device after disconnection is designed in this paper.The device can determine whether the line the transformer located on is fault or not automatically,and then can switch on the transformer automatically when the line is not fault,so can ensure the operation of measurement and protections.At the same time,the automatic switching device is adapted to the standard low voltage power distribution cabinet in substation of the current power system,and has the features of standard docking,safe and effective.The device has been put into operation in 66kV substation and the operation is in good condition.

Key words：Voltage transformer;Secondary side disconnection;Automatic switching device;Electric energy metering

通讯作者：许傲然(1983-)，男，吉林通化人，讲师。

作者简介：李建涛(1992-)，男，北京人。

收稿日期：2014-10-16

中图分类号：TM762

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2015)02-0152-03

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.02.013