一种提高二次消谐装置告警准确率的方法

武福　温钢　赵海龙　李建新

摘要：在电力系统中，二次消谐装置对变电站内接地谐振故障有重要意义，在变电站内发生接地谐振时，二次消谐负载电阻经常性的熔断，造成二次消谐装置告警准确率不高;本篇论文基于二次消谐装置的基本原理，对其内部二次消谐电阻的二次回路进行改进与创新，增加对二次消谐电阻的告警及保护回路，使得二次消谐电阻不易烧坏，提高了二次消谐装置的告警准确率。

关键词：二次消谐装置;铁磁谐振;告警准确率;

1 名词解释

PT二次消谐装置告警准确率：指系统发生故障时的告警准确率和装置内部故障时的告警准确率。

铁磁谐振：铁磁谐振是电力系统自激震荡的一种形式，是由于变压器，电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。

2 概述

目前，因鄂尔多斯地区负荷的特殊性，夏季雷雨天气较多的情况下，变电站经常发生谐振，PT二次消谐装置多次动作后极易烧坏二次消谐负载电阻，电阻烧坏后装置无告警信号，电压无采样，不易被检修、运行人员发现，轻者造成变电站内电压异常，PT保险频繁烧坏，重则造成PT损坏，全站10kV或者35kV设备失压，同时导致重复检修等状况的出现，浪费大量的人力、物力、财力;据统计，从2018到2021年期间22座变电站共发生接地谐振308次，二次消谐电阻烧坏162次，PT二次消谐装置告警准确率为47%左右，严重影响着变电站的安全稳定运行。

3 二次消谐回路基本原理及故障分析

3.1二次消谐回路基本原理

在实际应用中，目前现场用消谐装置内部采样回路与消谐回路为同一回路，基本原理图如图3所示，当变电站内发生谐振产生谐振电压U0时，K1闭合，二次消谐负载电阻R起到二次消谐的作用。

3.2故障分析

在变电站内发生谐振、二次消谐负载电阻过热或熔断时，影响了采样回路，故装置里电压采样值不显示，其基本原理如下：

由图4可以看出，当变电站内发生谐振产生谐振电压U0时，一是二次消谐负载电阻无保护回路，导致二次消谐负载电阻极易熔断;二是二次消谐电阻熔断后无相应的告警回路，没有告警信号;这是造成二次消谐装置告警准确率低的主要原因。

4 新二次消谐回路基本原理

针对以上两个主要问题，对目前现场使用的旧装置进行整改与创新，在消諧回路内串入自恢复保险丝，利用自恢复保险丝的温度与内阻的正比变化特性来对功率电阻进行限流保护，以达到既可以消谐且不会因过热而熔断消谐负载电阻，同时电压采样正常，且能实现消谐负载电阻熔断之后输出告警功能。改进后的新二次消谐回路电路基本原理如下图所示：

K1：固态继电器 R：消谐负载电阻 5Ω （白电阻）F：自恢复保险丝 I0：保险丝保护启动电流T0：保险丝正常温度

当系统发生铁磁谐振时，U0处（PT开口三角电压）升高，装置的消谐回路开始工作，电流达到自恢复保险丝保护的启动电流I0时，自恢复保险丝开始工作，保险丝的温度与阻值急剧上升，在自恢复保险丝的阻值上升时，随着阻值增大，电流开始下降。当电流下降到保险丝保护电流以下时，保险丝的温度T0进入冷却阶段直到正常，此时阻值恢复正常。如果PT开口三角电压依然很高，则保险丝进入下一轮的启动。利用自恢复保险丝的温度、电阻和延时特性，增加了T1+T2缓冲时间，使得负载电阻R有额外的冷却时间，保证R不会被过热击毁。另装置内部安装双刀双掷继电器回路对白电阻进行定时巡检，若消谐负载电阻过热熔断，则通过继电器输出装置异常告警信号到公用测控屏，方便维护。 变电站内发生谐振产生谐振电压U0前馈控制的基本原理是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。其特点是在偏差量出现之前，直接给出预先已知的指令，让控制器开始作用，这样就可以提高系统的响应特性和跟踪性能。

5 自恢复保险丝工作时序

本次回路设计时创新的使用了自恢复保险丝，既能起到对二次消谐负载电阻的保护，又能实现二次消谐回路出现故障后的告警，自恢复保险丝是回路能否正常运行的关键，因此本文对自恢复保险丝的特性进行了试验与分析，如下图所示：

t0：保险丝过流保护启动时间 t1：保护启动后冷却时间（快速冷却） t2：保险丝完成冷却开始重新工作（缓慢恢复）

6 PCB电路板制作与现场试验

6.1 PCB电路板制作

笔者根据新二次消谐回路基本原理图绘制了PCB原理图及电路板的制作，制作后电路如图所示：

6.2 现场试验

笔者对制作完成的二次消谐回路进行现场测试，一是模拟谐振故障，看二次消谐负载电阻是否熔断，二是拔掉二次消谐负载电阻，看装置是否输出告警信号，测试结果表所示：

7 结论

由实验结果表明作者设计的新二次回路消谐回路自主创新，使用自恢复保险丝，给二次消谐负载电阻增加了保护功能，并实现了在消谐负载电阻熔断情况下的告警功能，成功的解决了二次消谐装置告警准去率低的问题，并在2020到2021年逐步在系统内变电站推广使用，极大的降低了变电站的安全风险，取得了良好的效果，极具推广价值。

参考文献：

[1] 王帆.一、二次消谐装置原理分析探讨[J].硅谷，2014，7（19）

[2] 刘明明，许红燕.二次消谐装置动作信号回路的改进完善[J].电世界，2020，61（02）.