主变中性点智能诊断监控功能设计与实现

吴海雄 孙殿坤

摘要：随着电力系统不断发展，网架不断完善，主变的数量也随之增多，对主变接地中性点的运行监控要求也越来越高，单纯使用人工监控已经不再满足调度人员日常的工作要求，而开发主变中性点智能诊断监控模块可以有效提高调度人员的工作效率，也能减少调度人员在日常工作中的失误。为解决电力系统中某220 kV变电站可能出现无中性点接地问题，并且避免再次出现220 kV 变电站无中性点接地运行，研究了如何利用调度自动化系统遥信功能对主变中性点地刀位置变化进行监视，并且对中性点地刀位置变化与该站正常方式需配置的中性点地刀数量进行比较，若出现异常变化时，则触发智能告警条件。调度员可及时发现并第一时间掌握电网设备接地系统情况，后续可及时跟进处理，确保该站的220 kV或110 kV供电片区不会出现无中性点接地，防止该片区电网在短路时出现无零序阻抗以及片区供电的相关问题。

关键词：中性点接地;自动化系统遥信功能;零序阻抗

中图分类号：TM63文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）11-0265-04

Design and Implementation of Intelligent Diagnosis and Monitoring Function for Neutral Point of Main Transformer

Wu Haixiong，Sun Diankun

（Zhuhai Power Supply Bureau， Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Zhuhai， Guangdong 519000， China）

Abstract： With the development of the power system and the improvement of the grid structure， the monitoring of transformers is more and more important. Therefore， the development of intelligent diagnosis and monitoring module for neutral point of main transformer can not only effectively improve the work efficiency of dispatchers， but also reduce the mistakes of dispatchers in the daily work. In order to solve the problem of lack of main transformer neutral point in 220 kV power system and avoid the lack of main transformer neutral point in 220 kV power system， using the remote signaling function of dispatching automation system to monitor the change of neutral point ground knife position of main transformer was studied， and the change of neutral point ground knife position with the number of neutral point ground knives to be configured in the normal mode of the station was compared. If there is abnormal change， the intelligent alarm condition will be triggered， so the dispatcher can find out and master the grounding system of power grid equipment in time， then deal with it in time to ensure that there will be no neutral point grounding in the 220 kV or 110 kV power supply area of the station， so that there will be no zero sequence impedance and power supply in the area.

Key words： neutral ground; SCADA system; zero sequence impedance

0 引言

電力工业是国民经济的重要基础产业，近年来，我国电力工业发展迅速，当前电网的发展越来越快，而现有电力系统运行人员的数量难以满足日益增多的变电站所带来的更多操作任务[1-2]。在如今的电力系统发展中，依然存在一些不能及时获取而导致不能快速跟进处理的问题，并且随着调控一体化的发展及推广，对调度员的要求也随之增高，日常工作任务也随之增多。美国电机工程学会第32号标准对中性点接地方式作出了明确的规定：当在系统或系统的指定部分的所有各点上，不论运行的情况如何，以及连接的发电机容量多大，零序电抗对正序电抗之比都不大于3，而且零序电阻对正序电抗之比不大于1时，该电力系统或系统的一部分可被认为是中性点有效接地。当电力系统不是全部有效接地，而在系统的一个指定部分的所有各点上，上述要求得到满足时，可认为该指定部分是有效接地的[3]。这个标准沿用至今，在国际上得到了广泛的认同[4-5]。在有效接地系统中，其中一部分变压器的中性点为直接接地，同时为了限制单相接地短路电流和满足继电保护的要求，一部分变压器的中性点是不接地的[6-7]。变压器中性点的接地方式与电网的运行状态有关。根据规程规定及系统运行的需要， 110～220 kV 有效接地系统中有大约30%～50%的变压器中性点采取不接地的运行方式。

對于110 kV ，220 kV变压器，概括起来有如下的规定：（1） 对220 kV变压器，当变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，有两台及以上变压器时，应至少保证一台变压器中性点直接接地;（2）对 110 kV 变压器，对电厂或低压侧有电源的变电站，只有一台变压器，则变压器中性点直接接地运行，有接于母线的两台主变压器，则宜保持一台变压器中性点直接接地运行[8-10]。若某220 kV或110 kV片区无主变中性点接地运行，则会出现该片区在短路时出现无零序阻抗以及片区供电的相关问题，影响相关保护动作，降低供电可靠性。利用智能监控技术提高生产应用的工作效率及减少工作失误已经成为电力系统发展的趋势，并且利用智能监控系统对电网中的变电站变压器中性点运行状态进行实时监控，对出现异常运行的中性点进行定位、诊断与分析，不仅可以大大降低故障时对电力系统的影响，而且可以显著提高整个电网运行可靠性。目前在 EMS系统中还未有针对主变中性点智能诊断监控的模块的研发与上线应用。本文基于上述提到的问题研发了一种220 kV 变电站主变变高中性点223000接地刀闸的智能监控模块，用于提高调度人员对主变中性点运行监控的工作效率，同时借助于此技术的研发，能够减少或者避免由于人工不能及时跟进从而引起的事故，进而影响保护装置的动作。

1 项目背景

2020年11月7日某局某220 kV 变电站正常运行的220 kV主变变高中性点223000接地刀闸出现自动分开，该站220 kV系统长达11 h无接地系统，严重影响该片区电网的零序阻抗，若此时该片区出现220 kV 单相接地故障，将影响保护的正常动作。为避免再次出现220 kV 变电站无中性点接地，研究利用调度自动化系统遥信功能对主变中性点地刀位置变化进行监视[11]，并对中性点地刀位置变化与该站正常方式需配置的中性点地刀数量进行比较，若变化出现异常时智能告警，让调度员及时掌握电网设备接地系统情况，并及时跟进处理，确保该站的220 kV或110 kV供电片区不会出现无中性点接地。

2 技术原理

利用母线、主变中性点的拓扑追踪，智能判断出该中性点是否符合运行。自动生成光字牌及告警报文同时发出音响，让调控员不需专门查看各站主变中性点是否符合运行要求，通过报文知道中性点配置出现异常。

拓扑追踪各站当前220 kV或110 kV母线运行方式，分析该站母线是并列运行还是分列运行，若是并列运行则只需一台主变的中性点接地，如图1所示，若是分列运行则根据分列母线的个数对应匹配相同数量的运行主变中性点接地。通过对运行母线及主变中性点接地位置的拓扑关系分析比较，若出现异常，则自动生成光字牌和报警报文。

条件如下。

（1） 220 kV母线或110 kV母线有压。

（2） 220 kV/110 kV母线并列，只需一个中性点，如是分列，各分列母线（含4段各两段并列或每独立的一段母线）对应一个中性点，如图2所示，某站220 kV#1、#5母线并列只需一台主变中性点接地，220 kV#2、#6母线也是只需一个中性点，条件上需分析4段母线的组合。

（3） 报文格式： XXX 站220 kVXX母线上无主变中生点接地。

（4） 光字牌增加“主变中性点”间隔。

主要逻辑判据（以变高侧母线为例进行说明，变中侧逻辑判据与变高侧一致）：判断220 kV变电站变高侧母线是否有压，如果母线全部无压，则结束逻辑判断。检测220 kV 变电站母线变高侧有压的母线数量为 n 条，主变变高侧中性点接地数量 m 个，220 kV母联开关在分位数量f个。判断 n=2是否成立，若 n=2，则进入220 kV 双母情况判断，若 n=2不成立，则进入4段母线情况判断，随后根据母联开关的合位及分位数量，将母线分为各种情况考虑，如不满足一段母线只能有一个中性点在合位即报警[12]，若一段母线同时有两个中性点在合位也触发报警。图3所示为220 kV变高侧母线逻辑判断流程。

3 软件运行、安装条件及部署要求

软件要求运行在麒麟操作系统，底层是经过安全加固的操作系统。软件的安装部署主要有以下步骤。

（1） 网络调研及业务系统信息收集：对安装单位网络环境及网络资产运行情况进行调研，收集信息。

（2）服务器申请：根据调研结果，提出服务器资源申请，所申请的服务器应属于OCS主站系统服务器节点。

（3）应用软件部署：在 OCS主站系统所申请的服务器上部署 E8000V3平台， ORACLE 11 g 数据库客户端，在数据库中增加各级计算点，用于判断母线分列或并列状态下中性点接地数量的情况来判断是否正常运行，以及增加告警生成的逻辑判断功能。首先，开工前自动化值班员检查确认系统功能正常，包括 SCADA、AVC、 PAS、前置功能等，若有不正常，则本次程序部署工作暂停，待处理正常后继续开展;第二，工作负责人检查 pas1、pas2节点的运行情况，确保 pas 节点运行工况正常;第三，部署程序在 pas1、pas2上部署后，需要重启pasServer、pasNasEngine进程，重启完成后观察2 h，再更新部署客户端节点。具体步骤如下所示。

①在 pas1上备份原程序，执行：

cd /df8003/bin/

cp -p pasbypasstest pasbypasstest_202108xx

cp -p pasNasEngine pasNasEngine_202108xx

cd /df8003/lib

cp -p libpasbypass.so libpasbypass.so_20210825 cp -p libpasNasEg.so libpasNasEg.so_20210825

cp -plibpasNasEgClient.solibpasNasEgClient.so_20210825

cp -p libpasNasEgIo.so libpasNasEgIo.so_20210825

cp -p libpasNasExec.so libpasNasExec.so_20210825 cp -p libpasNasReq.so libpasNasReq.so_20210825

②执行dbusql，插入记录，insert into t1603_pas_ctrlparavalues （242，′ ALM_TF_MED? MODE′， 0， 1）;commit。

③更新 pas2节点程序，将新程序拷贝至 pas2节点，在 pas2上执行：

scp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/bin/*/df8003/bin scp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/lib/*/df8003/lib 并重启 pas2的pasServer，pasNasEngine。

④ pas2上正常后，更新pas1的进程，在pas1上执行：scp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/bin/*/df8003/binscp -rp z1wh1：/df8003/home/zs/pas/lib/*/df8003/lib ⑤重启 pas1的pasServer，pasNasEngine。

⑥打开绘图包，画表格控件，表名后面填：tfmed? mode，这样就能在调度员界面上显示/df8003/dat/pas/ tfmedmode.txt的内容了。

⑦在 g3_mmi上看表格是否正常显示，告警窗是否有中性点异常告警。

⑧对管理员和用户进行培训。

（4）系统初始化：对部署增加的相关计算点，告警信息进行初始化。

（5）联调测试：侧重点在于场版本的 pas程序模块间接口的正确性、各模块间的控制流和数据流是否按照设计实现其功能、以及集成后整体功能的正确性。所以联调测试在软件开发中是必不可少的一个环节。联调测试工作内容基本为：联调测试介于白盒、黑盒之间，可以称为灰盒测试。为保证各功能的可用性，安排测试人员对各功能、性能进行测试。测试在母线不同分列或者并列情况下，根据中性点接地数量进行判断是否符合正常运行状态，并且是否能在非正常运行状态下给出告警。

4 结束语

为了针对某局出现的某220 kV 变电站正常运行的220 kV 主变变高中性点223000接地刀闸出现自动分开，该站220 kV系统长达11 h无接地系统，严重影响该片区电网的零序阻抗的情况，研究利用调度自动化系统遥信功能对主变中性点地刀位置变化进行监视，并对中性点地刀位置变化与该站正常方式需配置的中性点地刀数量进行比较，若变化出现异常时发出智能告警，调度员可及时掌握电网设备接地系统情况，并及时跟进处理，确保该站的220 kV或110 kV供电片区不会出现无中性点接地。通过软件的开发和部署，并且设置了告警报文和告警声作为手段，及时提醒工作人员有异常状态存在。该方法可有效预防系统接地系统出现故障和人工处理不及时所引起的问题。该项目通过对故障问题进行精准处理，能有效提升相关工作人员的工作效率并减少工作人员工作中的失误，使工作人员更高效率地完成工作任务。

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第一作者简介：吴海雄（1975-），男，广东河源人，大学本科，高级工程师，高级技师，研究领域为电网调度控制。

（编辑：王智圣）