廣東電網有限責任公司韶關供電局的研究人員徐興發，在2019年第9期《電氣技術》雜志上撰文，針對變電站電壓互感器二次中性點N600發生多點接地，可能引起距離保護、零序方向保護拒動或誤動的現象，研制了種變電站電壓互感器二次中性點N600（PTN600）接地在線監測裝置，通過軟件程序設計、硬件合理設置及配合，實時監測變電站電壓互感器二次中性線N600的接地狀況，N600發生多點接地時及時觸發相關告警信息，發現可靠隱患，避免區外故障保護裝置誤動、區內故障保護裝置拒動，保障電網可靠穩定運行，提高工作效率，具有較好的應用前景。

根據《電力系統繼電保護及可靠自動裝置反事故措施要點》規定：經控制室零相小母線（N600）連通的幾組電壓互感器（potential transformer, PT）二次回路，其只應在控制室將N600點接地，各電壓互感器二次中性點在開關場地接地點應斷開；為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開的斷路器或接觸器。

在實際運行中，由于設計、施工及二次設備老化、緣擊穿原因，可能引起電壓互感器二次中性點N600（PTN600）存在兩點接地，開關場地接地和控制室同時接地，當系統發生故障，變電站地網流過大故障電流，這時N600兩端會出現電位差，將造成中性點的電壓相位偏移，進而影響相電壓與零序電壓的幅值與相位，可能導致距離保護、零序方向保護拒動或誤動。

變電站發生過幾次由保護電壓互感器二次中性點N600多點接地引起的220kV及以上保護裝置誤動事件，為了防止此類事件的再次發生，可以采取以下措施：

1）各單位應對所轄變電站電壓互感器二次回路N600接地情況進行檢查。2）維護單位應在新建變電站投運前，認真檢查驗收中性點N600點接地情況，確保設計圖紙及相關二次回路接線正確無誤，并將中性點N600接地線測試數據存檔備查。3）改擴建的變電站在設備投運前，必須對N600公共接地線電流進行測試并記錄數據。4）運行中的變電站，運行值班人員應每半年進行次N600接地線電流值的測試，若發現多點接地，須立即檢查排除N600以外的接地故障點。因此，變電站電壓互感器二次中性點N600的檢查、運維管理是電力系統運維人員定期巡查測試的項重要內容。變電站電壓互感器二次中性點N600接地線并沒有相關的能實時在線監測方法，通常在電網發生保護誤動之后，才通過分析判斷得出變電站電壓互感器二次中性點多點接地、接地不良、接線錯誤，多數為事后檢查，不能及時發現隱患。

同時，繼電保護維護人員檢查需要大量時間，逐個變電站排查工作量大，操作隨意性大，巡檢效率低，巡檢監測結果不準確，如可能檢查時沒有發現問題，但雷雨期間（如TYD的N600擊穿熔斷器導通等）形成多點接地，直到事故發生后才會被發現。

1 PTN600接地在線監測裝置設計

1.1 PTN600接地在線監測裝置原理

利用高精度鉗形電流互感器采集中性點N600接地線電流，如圖1所示。輸入采集模塊，將模擬量電流值進行信號處理，去除干擾量，處理后輸入放大模塊，經過兩級放大電路后輸入到A/D數據轉換模塊，通過A/D數據轉換后輸入到微機處理器，進行邏輯判斷，電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經過定的延時觸發繼電器K1，繼電器K1動作，繼電器K1動作常開接點閉合觸發引至公用測控的信號接點，監控后臺光字被點亮、告警窗彈出相關告警“中性點N600多點接地”信息。

同時，繼電器K1的另對常開接點閉合，觸發裝置告警模塊動作，信號燈點亮。復歸按鈕S動作，觸發繼電器K2，裝置復歸信號告警與繼電器K1，裝置恢復正常工作狀態，如圖2所示。

圖1 鉗形電流互感器示意圖

圖2 置告警控制回路示意圖

同時，站內遠動裝置將變電站PT二次中性線N600發生多點接地線狀況及時發送調度主站監控系統，實現與調度主站監控系統聯系，在線監測裝置將采集、識別的監測狀態通過站內遠動裝置上傳至調度主站服務器，對變電站PT二次中性線N600接地在線實現實時準確且高效的監測功能。

1.2 PTN600接地在線監測裝置軟件設計

1）裝置采用了微型機箱設計、嵌入式安裝結構、整體面板構造。高性能高速32位微處理器為主MCU建立硬件平臺，高效C語言嵌入式實時軟件平臺，結構設計上實現接口大化，方便功能升級擴充，雙路電流量輸入。

2）電量采集回路低功耗CMOS運算放大器、共模優良的雙向電流檢測技術、電壓采集線性光耦隔離技術及其專用的電量處理芯片，完成電量參數的輸入隔離、采集、變換，再由CPU處理采集的數據，并根據電量告警閥值實時報警。

3）在直流電源輸入端有專用的電源濾波器，從而有效防止由沖擊負荷、電氣化電路及電力系統發生故障等可能引起的誤動或拒動現象。

4）整個裝置結構設計采用模塊化設計，整個模塊包括電源板、顯示板、控制板和端子板?？刹灏蔚陌惭b方式，便于維修和提高可生產性。

5）友好的人機界面。裝置應用漢顯液晶屏，友好的中文窗口界面，界面顯示信息量大。

6）裝置的主要功能有：①通過參數監測裝置安裝處電流的正常運行狀態；②具有多路可編程繼電器出口，用于接外部信號報警等；③具有事件記錄和事故數據記錄功能，可記錄保存近的12次事件，并具有掉電保持功能，記錄內容在斷電后不消失；④具有自檢功能，程序自恢復功能，整組自試驗功能。

1.3 PTN600接地在線監測裝置硬件設計

變電站PTN600接地在線監測裝置的硬件，包括電流互感器、采集模塊、放大模塊、數據轉換模塊以及微機處理模塊。微機處理模塊的第輸出端連接告警輸出單元模塊，微機處理模塊的第二輸出端分別連接報警指示燈以及顯示模塊，微機處理模塊的第三輸出端連接存儲單元模塊，微機處理模塊的第輸入端連接自動復位模塊，微機處理模塊的第二輸入端連接對時模塊，微機處理模塊的第三輸入端連接定值整定模塊，告警輸出單元模塊還連接公用測控裝置，如圖3所示。

圖3 裝置原理圖

1）高精度鉗形電流互感器

高精度鉗形電流互感器采用開口CT鉗，采集變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的電流，不會影響、改變變電站原有N600接地線狀況，如圖1所示。在變電站PT并列屏實時采集流過全站惟N600接地線的電流，并將高精度鉗形電流互感器輸出電流數據輸入采集模塊。

2）采集模塊、放大電路、A/D數據轉換模塊

采集模塊將輸入模擬量電流值進行信號處理，將干擾量去除，處理后將輸入放大模塊。采用兩級放大電路，第次運算放大器和第二次運算放大器均采用LM332運算放大器芯片，在兩級運算放大電路的輸出端輸入A/D數據轉換模塊。A/D數據轉換模塊將采集模塊、放大后的電壓互感器二次中性線N600接地線電流轉換為數字信號，并輸入到微機處理器。

3）微機處理模塊

A/D數據轉換模塊將中性線N600的電流模擬量數據轉換為數字量，輸入微機處理模塊，微機處理模塊具備邏輯分析、判斷功能，輸入電流超過整定定值時觸發繼電器線圈動作，繼電器線圈動作時觸發報警模塊、報警指示燈點亮、顯示模塊，報警指示燈與微處理模塊連接，超過微機處理模塊設定值時，觸發告警指示相關電路，告警燈點亮，并且裝置能夠判定N600發生多點接地故障。

4）自動復位模塊

自動復位功能，即自動復位模塊與所述微處理模塊連接，微處理器監測、分析判斷中性線N600接地線電流正常時，自動復位。復位模塊是通過復位繼電器、告警復位單元、電源及相關保護電阻組成，能夠實現自動復位，如圖2所示。復位相關回路的告警復位單元具備將繼電器線圈動作復位，即線圈返回，所述復位回路閉合時，動作繼電器告警指示燈熄滅，告警信號常開接點由動作閉合狀態恢復至斷開狀態。

在圖2所示的變電站PTN600在線監測裝置及方法的告警控制回路示意圖中，R1、R2、R3為控制回路的相關保護元件（電阻、電感、電容），K1、K2為繼電器，L為告警指示燈，S為復位模塊中的復歸按鈕。當采集電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經過定的延時觸發繼電器K1，繼電器K1動作，繼電器K1動作，常開接點閉合觸發引至公用測控的信號接點，監控后臺光字被點亮、告警窗彈出相關告警“變電站PT二次中性線N600發生多點接地”信息。

同時，繼電器K1的另對常開接點閉合，觸發裝置告警模塊動作，信號燈點亮。復位按鈕S動作，觸發繼電器K2，裝置復位信號告警與繼電器K1，裝置恢復正常工作狀態。

5）對時模塊

對時模塊適用于接入變電站內GPS時鐘，具備GPS對時功能，用于電站PT二次中性線N600接地在線監測裝置。

6）定值整定模塊

定值整定模塊應用于可整定的繼電器，預設有動作告警電流閾值，目前標準值為50mA，當所述PT二次中性線N600的電流大于動作告警閾值50mA時，繼電器動作，見表1。

表1 裝置定值設計

判別邏輯及動作起動條件，電流大于設定電流判斷定值后觸發，默認為50mA。

7）存儲單元模塊

存儲單元模塊存儲繼電器的動作事件，便于查詢近n（n≥20）條故障信息。

8）告警輸出單元模塊

繼電器動作觸發繼電器，繼電器常開節點閉合，觸發告警輸出，輸出至公用測控裝置，包括監控后臺信號告警模塊以及遠動調度主站監測模塊。在線監測裝置采集到的電流超過告警整定電流定值時，判斷為多點接地，微處理模塊觸發繼電器K1線圈動作，繼電器K1常開節點閉合，觸發控制回路至公用測控裝置的N600多點接地告警信號閉合，監控后臺機光字被點亮、告警窗彈出“N600多點接地”告警信息。

9）顯示模塊

顯示當前變電站PT二次中性線N600發生多點接地的電流及多點接地信息。

10）電源模塊

電源處理模塊，所述的電源處理模塊與所述的采集模塊、放大模塊、數據轉換模塊以及微機處理模塊均相連。電源模塊輸出直流24V作為采集模塊、放大模塊、數據轉換模塊的工作電源，輸出直流48V作為微機處理模塊的工作電源。電源處理模塊提供變電站PT二次中性線N600接地在線監測裝置的工作電源，采用變電站直流電源（110V或220V）保障裝置工作狀態的穩定運行。

1.4 PTN600接地線在線監測裝置的邏輯功能

變電站PTN600（電壓互感器二次中性線）接地在線監測裝置，通過高精度鉗形電流互感器、采集模塊、放大模塊、數據轉換模塊、微機處理模塊、自動復位模塊、對時模塊、定值整定模塊、存儲單元模塊、數據輸出模塊、告警輸出單元模塊、顯示模塊、報警指示燈合理設置及配合，實現了對變電站PT二次中性線N600流過的電流進行實時在線監測功能，微機處理模塊具備分析判斷功能，將PT二次中性線N600的電流進行對比分析，并且超過整定的繼電器動作電流50mA，繼電器動作告警，站內監控后臺告警光字被點亮、告警窗彈出相關告警信息，顯示發生中性點N600多點接地。

同時，自動復位模塊的設置將繼電器K1線圈動作復位，使處于報警狀態下的裝置恢復到在線監測工作狀態；監控后臺信號告警模塊以及遠動調度主站監測模塊的設置有利于將采集、識別的監測狀態通過站內遠動裝置上傳至調度主站服務器，對變電站PT二次中性線N600接地狀況實現準確且高效的實時監測，及時通知運維人員處理，消除可靠隱患，降低區外故障保護誤動作，提高工作效率。

圖4 裝置工作流程圖

變電站PTN600接地線在線監測裝置體積小，設計電路簡單，安裝方便，不影響電力系統的可靠穩定運行。

2 PTN600接地在線監測裝置的調試升級

對研制的變電站電壓互感器二次中性點接地線在線監測裝置進行調試、升級。

1）在新建變電站主控室的PT并列屏安裝調試，高精度鉗形電流互感器實時采集中性點N600接地線電流，將采集的電流輸入裝置采集模塊，將電流模擬量進行信號處理，將干擾量去除，處理后輸入放大模塊，經過兩級放大電路后輸入到A/D數據轉換模塊，通過A/D數據轉換后輸入到微機處理器。

2）微處理器進行邏輯判斷。當模擬兩點接地時，裝置采集電流超過微機處理模塊整定定值（50mA），經過定的延時觸發繼電器動作。

3）繼電器動作常開接點閉合觸發引至公用測控的信號接點，監控后臺光字被點亮、告警窗彈出相關告警“中性點N600多點接地”信息。

4）繼電器的另外對常開接點閉合，觸發裝置告警模塊信號燈點亮。

為準確實現對變電站電壓互感器二次中性點N600接地線的實時監測，及時發現可靠隱患，避免區外故障保護誤動的發生，提高工作效率，對裝置進行升級，在不改變主控室原有N600點接地的基礎上，實時監測電壓互感器二次中性點N600接地點電流，電流超過繼電器線圈動作值50mA時觸發告警指示燈及告警信號，裝置具備穩定可靠性及事件和事故數據記錄功能。

3 裝置的運行效果

3.1 變電站PTN600接地在線監測裝置實施情況

目前，在粵北地區電網變電站試點應用，同時在基建變電站現場施工過程中應用，能夠實時監測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，發生多點接地觸發相關告警信息，及時發現可靠隱患。提高運維效率，實現變電站電壓互感器二次中性點接地在線監測。

3.2 效果分析

變電站PTN600接地在線監測裝置，取得以下實際效果：

1）提供了種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監測技術，能夠實時監測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況。

2）電壓互感器二次中性點N600發生多點接地觸發相關告警信息，及時發現可靠隱患，避免區外故障保護裝置誤動、區內故障保護裝置拒動，保障電網可靠穩定運行。

3）完全掌控管轄地區電網變電站電壓互感器二次中性點N600點接地的情況。

4）完善中性點N600接地線在線監測裝置與調度主站監控系統聯系。

3.3 經濟效益

變電站PTN600接地在線監測裝置的應用，可及時發現可靠隱患，避免區外故障保護裝置誤動、區內故障保護裝置拒動，保障電網可靠穩定運行；避免潛在的區外故障誤動作對社會產生的經濟損失，為生產提供穩定的監測方法，產生積的經濟效益。

避免了次變電站N600多點接地引起起110kV線路保護零序保護反方向動作，造成110kV孟蒙線零序保護反方向誤動，引起線路停電產生的經濟損失，提前及時發現可靠隱患，避免區外故障保護裝置誤動，按平均售電價0.497元/kWh，結合110kV線路潮流負荷計算，0.497元/kWh×32.1×1000kW×6h=95722.2元，為我局增加收入約9.57萬元，同時工作效率也得到了提高。

變電站PTN600接地在線監測裝置研制投入運行后，對其進行了多次升級改造，不斷完善其邏輯和功能，在變電站試點運行時取得了良好效果。通過相關的技術測試、滿足技術規范要求，提供了種變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監測的技術，能夠實時監測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，完全掌控管轄地區電網變電站電壓互感器二次中性點N600點接地的狀況，N600發生多點接地時及時觸發相關告警信息，發現可靠隱患，避免區外故障保護裝置誤動、區內故障保護裝置拒動，保障電網可靠穩定運行，提高工作效率，具有較好的應用前景。

總結

本文研發的變電站電壓互感器二次中性點N600接地線在線監測技術，能夠實時監測變電站電壓互感器二次中性點N600接地狀況，N600發生多點接地，及時觸發相關告警信息，發現可靠隱患，避免區外故障保護裝置誤動、區內故障保護裝置拒動，保障電網可靠穩定運行。