基于响应分析的变电站临时地线检测方法分析

肖祥 刘文 杨双 吴毅 方阳 吕正品

摘要：临时接地线是变电站系统维护阶段重要模块。因此，本文以变电站临时接地线运行管理现状为入手点，深入分析了变电站临时接地线使用规范及注意事项。同时结合变电站临时接地线运行区域管理需求，构建了基于响应分析的变电站临时接地线检测平台。并对基于响应分析的变电站临时接地线检测平台检测效果进行了深入探究，为变电站临时接地线检测作业开展提供一定的参考。

关键词：响应分析;变电站;临时地线检测方法

前言：临时接地线是变电站重要安全维护工具，其可以为变电站维护及施工人员安全提供保障。但是在临时接地线运行过程中，误拆、误挂、漏拆等事故的频出，促使临时接地线内产生了重大的误操作风险。据此，为降低变电站内变电站临时接地线事故发生概率，依据现阶段接地线管理情况，结合响应分析原理，对变电站临时接地线检测方法进行适当分析具有非常重要的意义。

一、变电站临时地线运行管理现状

在变电站临时接地线管理过程中，虽然部分变电站均安装了微机五防装置，设置了较为严密的逻辑判断机制及电气联锁、机械锁具闭锁机制，在一定程度上抑制了误分断路器、误分拉刀闸、误入带电间隔等错误操作行为。但是并不能有效检测输电线路带地线合开关错误操作行为，导致现阶段变电站临时接地线运行管理现状不佳。再加上现有微机五防系统无法处理变电站临时接地线安全拆卸问题，导致带电接地线合闸行为及位置信息无法第一时间反馈给变电站维护管理人员，最终导致临时接地线错误操作命令的错误下达。

二、基于响应分析的变电站临时地线检测原理

以某地220kV变电站220kV配网系统临时接地线为例，若假定变电站处于检修状态的设备均装设有临时接地线，则变电站内设备全部处于接地状态。这种情况下若给变电站内设备增加一激励信号，则激励信号可经临时接地线，将变电站内全部设备有效连接，形成流通回路。

如图1所示，若该2220kV变电站II段母线处于检修状态，则在模拟装设临时接地线情况下接地刀闸S1位于闭合模式。此时向B检测点施加一激励信号，激励信号可经II段母线、接地刀闸与大地形成闭合回路。此时若全部拆除全部临时接地线，则向B检测点施加的激励信号就无法与II段母线、接地刀闸、大地形成闭合流通回路。通过上述情况，变电站维护人员可以确定变电站内是否存在临时接地线[1]。

三、基于响应分析的变电站临时地线检测平台构建

1、基于响应分析的变电站临时地线检测平台理论模型构建

在变电站内设备装设临时接地线后，激励信号可经接地线流入大地，反之激励信号可经变压器绕组进入大地。据此，为确定变电站内变压器中性点接地、临时接地线位置，变电站临时接地线检测人员可以通过变压器中性点接地的变压器一次绕组模型构建的方式，确定基于响应分析的变电站临时接地线检测位置。

如图2所示，RT、XT、C0分别为一次绕组等值电阻、一次绕组等值电抗、一次绕组对地电容;S为信号频率为0-1GHz的信号源，其主要采用886EA信号发生器，最大精度误差在0.15%以下，输出电压最高为10.0V;M为测量点;R1为5.2kΩ的限流电阻;S1为模拟接地开关;U为基于响应分析的变电站临时接地线检测电压。在变电站内各设备仍然装设有临时接地线即S1闭合的情况下，测量点M理论电位为0;若S1断开则表示变电站内设备上没有进行临时接地线装设，则信号源电压向量表示为：*Us。

在实际变电站内变压器运行过程中，RT始终小于等于XT。

由上述式子可得，在0-1GHz信号频率限度内，随着S信号源频率的升高，M测量点电压值也会随之增大。而在0-1GHz信号频率限度以外的模块，随着S信号源频率的进一步提升，变电站内绕组相对接地电容容抗也会随之提升。进而促使M测量点电压值下降。这种情况下，通过将变电站内设备通过临时接地线与大地相连，可以促使M测量点理论电压值始终为零。在S信号源频率一定的情况下，变电站内变压器中性点接地且无临时接地线接地时M测量点电压值实际可不等于零。基于这一原理可有效区分变电站内临时接地线、变压器中性点接地位置[2]。

2、基于响应分析的变电站临时地线检测平台总体硬件结构构成

通过对某供电企业变电站作业现场临时接地线检测需求进行调研，可得出现阶段变电站临时接地线运行主要问题。即以往以人工为主的临时接地线检测方式，并不能对变电站内临时接地线挂接位置进行实时检测。且变电站内线路维护人员仅可进行工具室内变电站内接地线检测，无法确定变电站内临时接地线接出工具室外的运行状态，导致变电站内长时间运用临时接地线时所挂接临时接地线极易在值班人员交接班，或者紧急送电阶段被遗忘，从而产生较大的安全隐患。据此，为保证变电站临时接地线检测系统全面覆盖变电站各个模块及整体设备运行过程，相关技术人员可从临时接地线运行、归还等过程入手，與临时接地线运行现场工作人员进行信息交互。通过软硬件需求说明报告的形式，确定基于响应分析的变电站临时接地线检测平台总体框架（图3）。

如图3所示，基于响应分析的变电站临时接地线检测平台总体框架主要包括终端模块、信号传输网络、上位机软件等几个部分。其中终端模块主要通过调节变电站模拟接地开关断开或闭合，在直流信号源、2.0kHz正弦信号源及50.0kHz正弦信号源等不同信号源频率下进行临时接地线信息采集。除检测变电站内临时接地线挂接情况以外，基于响应分析的变电站临时接地线检测终端还需要检测变电站内变压器中性点接地位置。即利用电池供电的方式，将采集到的终端电池电量信息经无线收发模块，将临时接地线挂接信息及变压器中性点接地电量信息传输给上位机。

基于响应分析的变电站临时接地线检测信息传输网络主要采用覆盖整体变电站的稳定传输网络，将终端采集到的临时接地线挂靠信息及变压器中性点接地电压发送给上位机。同时将上位机控制命令、反馈信息。同时考虑到有线传输网络在作业现场铺设线缆造价成本较高，因此，在变电站接地线测量平台搭建过程中，技术人员可利用ZigBee网络线路，保证终端、上位机间信息传输效率。

在上位机软件设置过程中，由于基于响应分析的变电站临时接地线检测平台上位机负责读取Zigbee网络协调器信息并进行信息处理，因此，为保证基于响应分析的变电站临时接地线检测平台上位机可以图形的形式展示数据，相关技术人员可以根据ZigBee网络协调器需求，利用物联网中REID技术，在Visual Studio 2010编程环境中进行图形组态的设计[3]。

3、基于响应分析的变电站临时接地线检测平台运行规约设计

基于响应分析的变电站临时接地线检测平台主要利用RFID技术进行临时接地线挂接信息采集及临时接地线电压检测。因此，在将每一临时接地线与RFID标签进行紧密绑定的基础上，为保证基于响应分析的变电站临时接地线检测平台可以将临时接地线挂接信息定位至变电站内变压器中性点接地位置，变电站相关技术人员可从语法、语义、同步三个模块入手，设定完整的通行规约。

首先，在基于响应分析的变电站临时接地线检测平台通信语法设计过程中，技术人员可在1个字节帧头长度一定的情况下，进行2个字节数据长度、16进制数据体及2个字节校验码及帧尾的设计[4]。

其次，在基于响应分析的变电站临时接地线检测平台通信语义设计阶段，依据上下行通信数据分析结果，基于响应分析的变电站临时接地线检测终端向监控中心发送报文形式主要为地线挂接、地线接地点电压、地线拆除等信息。以地线挂接报文设计为例，变电站相关技术人员可以监控中心传输临时接地线关节位置为入手点，进行终端电压信息、终端编号、终端编号结构及名称、内容的合理设计。

最后，在基于响应分析的变电站临时接地线检测平台同步设计过程中，技术人员可从临时接地线检测过程入手，在终端开机后向上位机上报开机信息上增加一个字节编号及两个字节CRC校验，保证终端报告开机及终端报告临时接地线电压信息同步进行[5]。

四、基于响应分析的变电站临时地线检测平台运行结果分析

1、基于直流信号源的变电站临时接地线响应分析结果

在变电站内变压器信号源为直流源时，通过调节模拟接地开关断开、闭合，所采集的信号波形及滤波处理结果如图4、图5所示：

通过对图4、图5进行分析，可以得出在模拟开关断开时测量点直流电压分量为0.023V;而在模拟开关闭合时测量点采集的直流电压分量为0.018V。此时变电站内变压器中性点接地与临时接地线测量点间直流电压分量比值为1.28。

2、基于2kHz正弦信号源的变电站临时接地线响应分析结果

变电站内信号源为2.0kHz正弦信号源时，通过调节模拟开关断开或闭合，所采集的信号波形及滤波处理结果如图6、图7所示：

由图6、图7可知，在模拟信号开关断开或闭合变化时，变电站内变压器侧测量点的2.0kHz正弦信号分量电压值为9.84V、0.093V。通过对两者比值进行计算可知，变电站内变压器中性点接地、临时接地线测量点2.0kHz正弦信号分量电压比值为105.806。

3、基于50kHz正弦信号源的变电站临时接地线响应分析结果

信号源为50kHz正弦信号源时，调节变电站内临时接地线模拟开关断开或闭合所采集的信号波形及滤波处理结果分别如图8、图9所示：

如图8、图9所示，信号源为50kHz正弦信号源时，调节模拟开关断开或闭合变电站内变压器侧测量点的50kHz正弦信号源分量电压值分别为0.629V、0.483V。此时变电站内变压器中性点接地、临时接地线测量点的50kHz正弦信号源分量电压比值为1.302[6]。

通过将上述数值代入公式，可得出变电站内变压器中性点接地时测量点电压、临时接地线接地时测量点电压比值随信号源频率变化关系，如图10。

通过对图9进行分析，可得出：在信号源频率处于1.50-2.50kHz时，变电站内变压器中性点接地时测量点电压、临时接地线测量点电压比值起伏较大。且在信號源频率上升至1.90kHz时变电站中性点接地时测量点电压与临时接地线接地时测量点电压比值达到最大值130.75。因此，在基于响应分析的变电站临时接地线检测过程中，为保证变电站临时接地线检测灵敏度及可靠性，可选择信号源频率为1.90kHz[7]。在实际检测过程中，基于响应分析的变电站临时接地线检测方式出变电站内变压器中心点接地识别以外，变电站维护人员也可以采用电压互感器一次侧接地识别的方式。即以电磁式电压互感器为中心，在电磁式电压互感器处于工频电压即高阻状态时，利用临时接地线信号变化原理，对检测结果进行进一步分析。

总结：

综上所述，为确定基于响应分析的变电站临时接地线检测方式应用优势，本文在某变电站进行了大量试验，通过在0-50KHz限度内对信号源频率进行调整，结合模拟接地开关断开、闭合情况遥控点电压信号的采集，得出基于响应分析的变电站临时接地线检测方式可以有效避免干扰信号对检测精度的影响。且可以通过程序获得完整的监测点电压值，具有良好的应用价值。

参考文献：

[1]邢晓敏， 陈成， 张鹏宇，等. 无监测盲点的智能临时接地线管理系统的开发和应用[J]. 水电能源科学， 2017（7）：194-197.

[2]彭彬， 于浩， 吕晓俊. 新一代在线监控临时接地线管理系统的开发与应用[J]. 电力系统自动化， 2015， 39（24）：110-114.

[3]史锋旗. 发变电站防雷接地阻抗测量分析[J]. 气象科技， 2016， 44（3）：489-494.

[4]张慧慧， 王飞龙， 陈洁. 基于响应分析的变电站临时地线检测方法[J]. 黑龙江电力， 2015， 37（4）：368-371.

[5]张军达， 杨强， 应子震，等. 智能临时接地线管理系统[J]. 农村电气化， 2015（5）：34-35.

[6]吕健华， 程志刚. 变电站接地线实时监控系统[J]. 环球市场， 2017（24）：111-112.

[7]林永君， 马云龙， 刘卫亮，等. 临时接地线综合管理系统研究与实现[J]. 电测与仪表， 2015， 52（23）：105-110.