2024年11月6日发(作者：淳于觅荷)
2020年第23期
2020 No.23
电力系统
Electric System
电力系统装备
Electric Power System Equipment
电压互感器N600接地电流在线监测装置研究
袁仁彪，徐 军，杨 波，刘长发，余 超
（南方电网超高压输电公司贵阳局，贵州贵阳 550081）
［摘 要］电压互感器的公共回路（N600接地线）对保障系统安全运行具有非常重要的作用，国家电网公司和南方电网公司
相关规程均规定，于此，文章研究了N600接地线必须可靠接地，且要求一点接地，但是变电站常由于人为接线错误或者绝缘
老化等原因，出现了多点接地的情况。本项目实现了N600接地线多点接地监测报警，旨在提高N600线多点接地故障检测的准
确性，实时性。
［关键词］电压互感器；N600；多点接地；在线监测
［中图分类号］TM451 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X（2020）23–0068–02
Research on on-line Monitoring Device for N600 Grounding
Current of Voltage Transformer
Yuan Ren-biao, Xu Jun, Yang Bo, Liu Chang-fa, Yu Chao
［
Abstract
］The common circuit of voltage transformer （N600 grounding wire）plays a very important role in ensuring the safe
operation of the system. The relevant regulations of State Grid Corporation of China and China Southern Power Grid Corporation stipulate
that N600 grounding wire must be reliably grounded, and requires a point of grounding. However, the substation often has multi-point
grounding due to human wiring errors or insulation aging and other reasons. This project realizes the multi-point grounding monitoring
and alarm of N600 grounding wire, and has the function of over limit alarm and mutation alarm. The accuracy and real-time performance
of multi-point grounding fault detection of N600 line are greatly improved by replacing the manual detection method in the past.
［
Keywords
］voltage transformer; N600; multi-point grounding;online monitoring
在电力系统中，公共回路（N600接地线）对保障系统安
全运行起到非常重要的作用，系统运行条件下，为了保证人
身和设备的安全，规定互感器公共回路的一个电气连接必须
有一个可靠的接地点，并且要求一点接地
[1]
。但是，变电站公
共回路连接设备繁多，延伸范围广，常常由于人为的接线错
误或者绝缘老化等，出现一个电气连接的公共回路中出现多
点接地，而且系统的公共回路大部分在室外，绝缘损坏几率大，
多点接地会造成保护的不正确动作，造成大面积停电事故屡
屡发生。
因此南方电网公司继电保护反事故措施汇编中规定：各
单位应对所辖厂站电压互感器二次回路N600接地情况进行检
查。要求在天气晴朗的情况下，利用钳型电流表（精度为mA级）
对流过N600接地线实际电流值进行测量。对各电压按等级
N600分别接地的情况，应对各N600接地线电流值分别进行测
试并记录数据。经控制室零相小母线（N600）连通的几组电
压互感器二次回路，只应在控制室将N600一点接地，各电压
互感器二次中性点在开关场地接地点应断开。为保证接地可
靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的断路器或接
触器等。来自开关场的电压互感器二次回路的3根引入线和互
感器开口三角绕组的2根引入线均应使用各自独立的电缆，不
当选择LOAD LIMIT控制时，机组部分负荷时主控制输
出负荷控制（LDCSO），该控制方式以控制负荷为目的，频率
可以随电网波动，该控制方式下不能进行一次调频控制。此
时GVCSO=CSO+5 %，作为LDCSO的后备，防止因电网频
率上升过快引起负荷下降过大。因此，在正常运行时，电网
需要一次调频功能投入，燃机控制模式应选择GONVENOR。
6 温度控制（BPCSO、EXCSO）
EXCSO计算为温控线的温度减去排气温度的差值，通过
后，FX最大值为4.65，
比例积分模块PIQ，高限为CSO+5-
其中PIQ模块中
x
越接近0输出的变化率越慢，
x
越大输出的
变化率越快；当差值
x
为0时，到达EXCSO最小输出，CSO
不再增加，机组到达EXT温控。
BPCSO计算值为温控线温度10 ℃，与EXCSO不相同的
是，它增加了一个高限，该高限在温控线与BPT平均温度温
差小于12 ℃时，TP为0，BPT的高限开始以速率为0.1/min上升，
因此机组到达BPT温控后，燃机的负荷还会缓慢增加，直到
达到EXT温控后，到达满负荷运行。
燃机运行中进入BPCSO控制方式后，负荷增加缓慢，此
时排气温度距离温控线较近，为防止过调使燃机排气温度失
去控制，此时，一次调频动作后，燃机负荷上升不再跟随一
次调频，因此，进入温控后，机组一次调频功能不能满足电
网需要。
7 结束语
M701F4机组的燃料控制系统是三菱的一套成熟的控制系
统，但是在燃机部分负荷时，通过调整IGV角度，调整排气
温度，联合循环的效率仍然有大量优化的空间。
参考文献
[1] 中海油珠海天然气发电有限公司.2X460 MW燃气-蒸汽联合循环
热电机组机务运行规程[Z].2020.
电力系统装备
Electric Power System Equipment
电力系统
Electric System
2020年第23期
2020 No.23
得公用。
[1]
当N600分别在开关场接地和控制室接地时，如果系统发
生故障，变电站或者发电站地网流过大故障电流，这时N600
两端会出现电位差，它将造成中性点的电压相位偏移，进而
影响相电压和零序电压的幅值与相位，从而可能导致距离保
护、零序方向保护拒动或误动。如果N600接触不良，也会造
成中性点的电压相位偏移，所以各电压互感器中性点不得接
有可能断开的断路器或接触器。在控制室的电压互感器转接
屏上。二次绕组的接地必须各自引线接到屏柜的接地铜排上，
而不能采用串接的方法。
经过实践总结，电压互感器二次回路N600线多点接地
地点常见于电压互感器本体二次接线柱、电压互感器端子箱，
ADS1261是高精度、40kSPS、Σ-△模数转换器（ADC），
具有集成式可编程增益放大器（PGA）、电压基准和内部故障
断路器端子箱、保护小室TV并列屏。出现多点接地的原因有
以下几种：
（1）施工人员经验不足，误将电压互感器二次N端直接
接地。
（2）二次电缆绝缘老化或者动物咬坏电缆绝缘层而造成
的接地。
（3）开关场二次绕组中性点经过放电间隙或者氧化锌阀
片接地的，放电间隙或者氧化锌阀片被击穿而造成的接地。
当前现状及查找多点接地的方法：电压互感器二次回路
只能有一个接地点，然而，一般情况下站内同电压等级的电
压互感器电压都引致控制室内的电压切换屏，并辐射去自动
化测控、保护装置和故障录波仪，在电压切换屏内将各压变
的N600并接一点接地。回路众多，如果哪一条回路有另外一
个接地点，这就给查找带来困难。
对于新装的工程，查找电压二次回路方法较为简单。一般
将电压切换屏内N600的接地点拆除，再做对地绝缘试验，如
果回路中有另外的接地点，则对地绝缘电阻较小，此时只要
将并接的所有回路拆开，并对每一条回路进行绝缘试验，只
到找出接地的那条回路，再针对接地的回路往上级或下级逐
级寻找接地点，这样就可以确定接地点的位置。
对于运行中的电压二次回路查找接地点，由于不能够直
接断开N600的接地点，所以方法更为复杂。
1 装置概述
本装置能够全天候，实时监测N600接地电流大小，具有
多点接地报警功能，真正解决运行及检修人员的后顾之忧。
系统采用高精度开口型电流互感器检测N600线接地电流，
在液晶显示屏上实时显示电流大小，当电流值越限或者突变
时，发出报警信号（图1）。
越限报警突变报警掉电报警
Current
GND
图1 系统示意图
2 装置设计详细说明（如图2所示）
2.1 电流信号采样
本装置采用开口型电流互感器（开口CT）测量接地电
流大小。现场安装时，无需断开电流回路，操作简单且安全，
效率极高。开口CT输出的小电流信号经过I/U变换的电阻网
络后，经过了抗混叠滤波器滤除高频部分，进入到Σ-△ADC
芯片ADS1261。
图2 系统原理框图
监控器。ADC包含一个低噪声PGA（提供1至128的增益）、
一个24位ΔΣ调制器、一个可编程数字滤波器和一个内部基
准电压。高阻抗PGA输入（1GΩ）可减小由传感器负载导致
的测量误差。主控器MCU通过SPI接口读取测量结果。经过
快速傅里叶变换后，得到接地电流大小。
2.2 主控器MCU
MCU选用C8051F120，该芯片是一款完全集成了单片复
合信号系统的微控制器。具有64个数字I/O引脚。结合了高
度精密的模拟数据转换器和一个高吞吐量8051CPU，内部集
成了128K程序存储器和8448BYTE数据存储器，最高运行频
率达100M，是模拟和计算密集型应用的理想选择。该MCU
使用硬件SPI接口驱动ADC芯片ADS1261，通过软件模拟
SPI接口连接LCD显示屏。6个GPIO口构成了3X3键盘矩阵
电路。通过I2C接口连接RTC芯片，从而读取和设置当前时间。
两个GPIO经过了驱动电路后，控制继电器实现越限报警和突
变报警的功能。
2.3 实时时钟
时钟芯片选用PHILIPS公司工业级的带有I2C接口的
PCF8563，该芯片是具有低功耗的特点，提供一个可编程时钟
输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过
I2C总线接口串行传递，最大总线速度为400Kbits/s，每次读
写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量（图3）。
图3 PCF8563应用电路图
3 结论
本装置实现了电压互感器N600接地电流的实时监测，具
有安装简单，功能实用，能够准确监测N600接地电流大小，
越限报警和突变报警的功能。替代过去人工检测的方法，大
幅提高了检测的准确性，实时性。本装置在线监测代替人工
检测，大幅度提高了检测效率，节约了人力资源。
参考文献
[1] 中国南方电网有限责任公司.南方电网电力系统继电保护反事故措
施汇编（2014版）[M].北京：中国电力出版社，2014.
2024年11月6日发(作者：淳于觅荷)
2020年第23期
2020 No.23
电力系统
Electric System
电力系统装备
Electric Power System Equipment
电压互感器N600接地电流在线监测装置研究
袁仁彪，徐 军，杨 波，刘长发，余 超
（南方电网超高压输电公司贵阳局，贵州贵阳 550081）
［摘 要］电压互感器的公共回路（N600接地线）对保障系统安全运行具有非常重要的作用，国家电网公司和南方电网公司
相关规程均规定，于此，文章研究了N600接地线必须可靠接地，且要求一点接地，但是变电站常由于人为接线错误或者绝缘
老化等原因，出现了多点接地的情况。本项目实现了N600接地线多点接地监测报警，旨在提高N600线多点接地故障检测的准
确性，实时性。
［关键词］电压互感器；N600；多点接地；在线监测
［中图分类号］TM451 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X（2020）23–0068–02
Research on on-line Monitoring Device for N600 Grounding
Current of Voltage Transformer
Yuan Ren-biao, Xu Jun, Yang Bo, Liu Chang-fa, Yu Chao
［
Abstract
］The common circuit of voltage transformer （N600 grounding wire）plays a very important role in ensuring the safe
operation of the system. The relevant regulations of State Grid Corporation of China and China Southern Power Grid Corporation stipulate
that N600 grounding wire must be reliably grounded, and requires a point of grounding. However, the substation often has multi-point
grounding due to human wiring errors or insulation aging and other reasons. This project realizes the multi-point grounding monitoring
and alarm of N600 grounding wire, and has the function of over limit alarm and mutation alarm. The accuracy and real-time performance
of multi-point grounding fault detection of N600 line are greatly improved by replacing the manual detection method in the past.
［
Keywords
］voltage transformer; N600; multi-point grounding;online monitoring
在电力系统中，公共回路（N600接地线）对保障系统安
全运行起到非常重要的作用，系统运行条件下，为了保证人
身和设备的安全，规定互感器公共回路的一个电气连接必须
有一个可靠的接地点，并且要求一点接地
[1]
。但是，变电站公
共回路连接设备繁多，延伸范围广，常常由于人为的接线错
误或者绝缘老化等，出现一个电气连接的公共回路中出现多
点接地，而且系统的公共回路大部分在室外，绝缘损坏几率大，
多点接地会造成保护的不正确动作，造成大面积停电事故屡
屡发生。
因此南方电网公司继电保护反事故措施汇编中规定：各
单位应对所辖厂站电压互感器二次回路N600接地情况进行检
查。要求在天气晴朗的情况下，利用钳型电流表（精度为mA级）
对流过N600接地线实际电流值进行测量。对各电压按等级
N600分别接地的情况，应对各N600接地线电流值分别进行测
试并记录数据。经控制室零相小母线（N600）连通的几组电
压互感器二次回路，只应在控制室将N600一点接地，各电压
互感器二次中性点在开关场地接地点应断开。为保证接地可
靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的断路器或接
触器等。来自开关场的电压互感器二次回路的3根引入线和互
感器开口三角绕组的2根引入线均应使用各自独立的电缆，不
当选择LOAD LIMIT控制时，机组部分负荷时主控制输
出负荷控制（LDCSO），该控制方式以控制负荷为目的，频率
可以随电网波动，该控制方式下不能进行一次调频控制。此
时GVCSO=CSO+5 %，作为LDCSO的后备，防止因电网频
率上升过快引起负荷下降过大。因此，在正常运行时，电网
需要一次调频功能投入，燃机控制模式应选择GONVENOR。
6 温度控制（BPCSO、EXCSO）
EXCSO计算为温控线的温度减去排气温度的差值，通过
后，FX最大值为4.65，
比例积分模块PIQ，高限为CSO+5-
其中PIQ模块中
x
越接近0输出的变化率越慢，
x
越大输出的
变化率越快；当差值
x
为0时，到达EXCSO最小输出，CSO
不再增加，机组到达EXT温控。
BPCSO计算值为温控线温度10 ℃，与EXCSO不相同的
是，它增加了一个高限，该高限在温控线与BPT平均温度温
差小于12 ℃时，TP为0，BPT的高限开始以速率为0.1/min上升，
因此机组到达BPT温控后，燃机的负荷还会缓慢增加，直到
达到EXT温控后，到达满负荷运行。
燃机运行中进入BPCSO控制方式后，负荷增加缓慢，此
时排气温度距离温控线较近，为防止过调使燃机排气温度失
去控制，此时，一次调频动作后，燃机负荷上升不再跟随一
次调频，因此，进入温控后，机组一次调频功能不能满足电
网需要。
7 结束语
M701F4机组的燃料控制系统是三菱的一套成熟的控制系
统，但是在燃机部分负荷时，通过调整IGV角度，调整排气
温度，联合循环的效率仍然有大量优化的空间。
参考文献
[1] 中海油珠海天然气发电有限公司.2X460 MW燃气-蒸汽联合循环
热电机组机务运行规程[Z].2020.
电力系统装备
Electric Power System Equipment
电力系统
Electric System
2020年第23期
2020 No.23
得公用。
[1]
当N600分别在开关场接地和控制室接地时，如果系统发
生故障，变电站或者发电站地网流过大故障电流，这时N600
两端会出现电位差，它将造成中性点的电压相位偏移，进而
影响相电压和零序电压的幅值与相位，从而可能导致距离保
护、零序方向保护拒动或误动。如果N600接触不良，也会造
成中性点的电压相位偏移，所以各电压互感器中性点不得接
有可能断开的断路器或接触器。在控制室的电压互感器转接
屏上。二次绕组的接地必须各自引线接到屏柜的接地铜排上，
而不能采用串接的方法。
经过实践总结，电压互感器二次回路N600线多点接地
地点常见于电压互感器本体二次接线柱、电压互感器端子箱，
ADS1261是高精度、40kSPS、Σ-△模数转换器（ADC），
具有集成式可编程增益放大器（PGA）、电压基准和内部故障
断路器端子箱、保护小室TV并列屏。出现多点接地的原因有
以下几种：
（1）施工人员经验不足，误将电压互感器二次N端直接
接地。
（2）二次电缆绝缘老化或者动物咬坏电缆绝缘层而造成
的接地。
（3）开关场二次绕组中性点经过放电间隙或者氧化锌阀
片接地的，放电间隙或者氧化锌阀片被击穿而造成的接地。
当前现状及查找多点接地的方法：电压互感器二次回路
只能有一个接地点，然而，一般情况下站内同电压等级的电
压互感器电压都引致控制室内的电压切换屏，并辐射去自动
化测控、保护装置和故障录波仪，在电压切换屏内将各压变
的N600并接一点接地。回路众多，如果哪一条回路有另外一
个接地点，这就给查找带来困难。
对于新装的工程，查找电压二次回路方法较为简单。一般
将电压切换屏内N600的接地点拆除，再做对地绝缘试验，如
果回路中有另外的接地点，则对地绝缘电阻较小，此时只要
将并接的所有回路拆开，并对每一条回路进行绝缘试验，只
到找出接地的那条回路，再针对接地的回路往上级或下级逐
级寻找接地点，这样就可以确定接地点的位置。
对于运行中的电压二次回路查找接地点，由于不能够直
接断开N600的接地点，所以方法更为复杂。
1 装置概述
本装置能够全天候，实时监测N600接地电流大小，具有
多点接地报警功能，真正解决运行及检修人员的后顾之忧。
系统采用高精度开口型电流互感器检测N600线接地电流，
在液晶显示屏上实时显示电流大小，当电流值越限或者突变
时，发出报警信号（图1）。
越限报警突变报警掉电报警
Current
GND
图1 系统示意图
2 装置设计详细说明（如图2所示）
2.1 电流信号采样
本装置采用开口型电流互感器（开口CT）测量接地电
流大小。现场安装时，无需断开电流回路，操作简单且安全，
效率极高。开口CT输出的小电流信号经过I/U变换的电阻网
络后，经过了抗混叠滤波器滤除高频部分，进入到Σ-△ADC
芯片ADS1261。
图2 系统原理框图
监控器。ADC包含一个低噪声PGA（提供1至128的增益）、
一个24位ΔΣ调制器、一个可编程数字滤波器和一个内部基
准电压。高阻抗PGA输入（1GΩ）可减小由传感器负载导致
的测量误差。主控器MCU通过SPI接口读取测量结果。经过
快速傅里叶变换后，得到接地电流大小。
2.2 主控器MCU
MCU选用C8051F120，该芯片是一款完全集成了单片复
合信号系统的微控制器。具有64个数字I/O引脚。结合了高
度精密的模拟数据转换器和一个高吞吐量8051CPU，内部集
成了128K程序存储器和8448BYTE数据存储器，最高运行频
率达100M，是模拟和计算密集型应用的理想选择。该MCU
使用硬件SPI接口驱动ADC芯片ADS1261，通过软件模拟
SPI接口连接LCD显示屏。6个GPIO口构成了3X3键盘矩阵
电路。通过I2C接口连接RTC芯片，从而读取和设置当前时间。
两个GPIO经过了驱动电路后，控制继电器实现越限报警和突
变报警的功能。
2.3 实时时钟
时钟芯片选用PHILIPS公司工业级的带有I2C接口的
PCF8563，该芯片是具有低功耗的特点，提供一个可编程时钟
输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过
I2C总线接口串行传递，最大总线速度为400Kbits/s，每次读
写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量（图3）。
图3 PCF8563应用电路图
3 结论
本装置实现了电压互感器N600接地电流的实时监测，具
有安装简单，功能实用，能够准确监测N600接地电流大小，
越限报警和突变报警的功能。替代过去人工检测的方法，大
幅提高了检测的准确性，实时性。本装置在线监测代替人工
检测，大幅度提高了检测效率，节约了人力资源。
参考文献
[1] 中国南方电网有限责任公司.南方电网电力系统继电保护反事故措
施汇编（2014版）[M].北京：中国电力出版社，2014.