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[摘要]本文针对电压二次回路中性线多点接地的危害性，提出一种可靠的微电流注入多点接地检测方法，并基于该方法进行了检测设备的设计和试制。通过变电站实际测试，获得良好效果，结束了历来难以在运行变电站实施电压二次回路中性线多点接地检测的困境。
[关键词]电压二次回路；中性线；多点接地；检测技术
1、引言
近年来，国内发生了多起变电站电压回路中性线接地错误、多点接地等原因引起的线路零序保护反方向误动、联变保护误动、纵联保护误动等事故，均造成重大影响，带来重大经济损失。
国家电网公司新版“十八项反措”明确规定电压二次回路只允许有一点接地，并要求定期进行检查，防止出现电压二次回路多点接地的现象。
2、电压二次回路多点接地简述
对于电压二次回路的接地问题，一般只允许在控制室内有一点接地，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开关或熔断器等。己在控制室一点接地的电压互感器二次线圈，宜在开关场将二次线圈中性点经接地保护器或放电间隙或氧化锌阀片接地，并应定期检查接地保护器或放电间隙或氧化锌阀片，防止造成电压二次回路多点接地的现象。
放电间隙击穿或线路压变一二次接地误连通等回路误接线等原因均可能造成第二个接地点，正常保护、测控装置不会告警，当系统发生接地故障，接地电流注入地网时，接地网网格中各点间将不再完全等电位，二点接地的电压回路中性线上将产生附加电压，使得保护测控装置感受的相电压和自产零序电压受其附加电压影响，采集的电压不光是幅值发生变化，甚至相位反相，影响保护装置的正确测量，进而可能导致距离保护、零序保护等保护发生不正确动作。
因而对电压回路中性线的多点接地问题的研究很有现实意义，若能够及时准确地发现多点接地隐患，将极大地有助于电网安全稳定运行。
3、电压回路多点接地检测技术
3.1多点接地的检测难点
电压二次回路中性线在正常运行时就是一点接地的，中性点电压基本为零，即使发生多点接地，中性点的电压仍基本为零，测量装置或保护装置也不会发生异常，不能有效告警，多点接地只有在系统发生故障时才会产生严重影响。
由于电压二次回路接地点要求保持永久接地，在运行时不容许短时断开，这就给检测寄生接地点带来极大的难度。
3.2注入法检测技术原理
为了满足一点接地的要求，变电站电压二次回路各中性线形成一个互相连通的网络，通常在控制室一点接地。由于无法通过正常运行时各电气量的检测来发现该网络是否发生多点接地，因此考虑检测外加电气量的办法来解决。
当中性线网络只有一个接地点时，如果从该网络的任意一点对地之间注入电流，那么根据基尔霍夫电流定律，流入永久接地点的电流应该与注入的电流值相同，如果存在差异，则说明中间某处有寄生接地点导致分流。进而根据中性线网络结构检测相关中性线回路注入电流分布情况，可以检测查找出寄生接地点。
如图3.1所示，图中A、B、C、D为中性线网络的一条支路中的几处接点，R1，R2，R3分别为支路中三段导线的电阻，D为永久接地点，R为在第二接地点接地电阻。
A点对地（接地点）注入微小的电流I，在正常情况下（单点接地）流经接地导线AB段.BC段和CD段的流应该是相等的，都为注入的电流信号1。如果在支路中存在其它的接地点（比如图中的C点）。R为接地电阻.由于R的分流作用，流经接地导线的CD段的电流必定小于注入的电流信号。基于这个原理.使用高精度的电流表.检测流经AB，BC，CD段的电流并与注入的电流相比较，即可找到故障的接地点。
3.3注入法检测方案分析
注入法检测技术的关键是注入电源和测试方案的选择。注入电源选择需要考虑其频率和幅值对保护、测控装置测量造成的影响；测试方案的选择主要考虑不同的注入点对保护、测控装置测量的影响。
利用MATLAB进行仿真计算，并利用仿真结果分析测量误差。不同幅值、相位低频交流和直流电源注入在不同地注入点，计算保护测控装置测量到的电压误差，得到如下结论：
（1）注入电源与电压互感器输出电压间的相位差对测量精度影响较小；
（2）不同的测试频率对测量精度影响也较小，但直流电源对测量精度影响最小；
（3）注入点应选择中性线，不宜选择相电压线。如果选择相电压线，注入电源都将对二次设备的测量带来误差，特别当电网故障时，由于电压互感器二次电压减小，注入电源不变将使测量误差百分比大大增加：另外测试仪故障也可能导致电压回路异常，危害很大；尽管保护、测控装置中的电压变换器隔离能隔离直流分量，但可能影响其磁特性，所以应该选择在中J性线注入。
综上可知，选择直流源或低频交流源注入检测的方案。经查阅资料，发现高精度电流源信号发生器设计已没有难度，直流小电流精确感应测量技术也已经成熟可用，从降低信号注入对电力系统二次设备的影响出发，选择直流电流注入更合理安全。
3.4注入法检测系统研制
经过上节的分析，确定直流电流源从中J性线注入的检测方案作为最终方案。
为将该多点接地检测技术实际使用验证并转化应用，协同企业研制了一套基于直流电流源注入原理的电压二次回路中性线多点接地检测系统。该系统包含一台高精度直流电流发生器和一只基于霍尔原理和注入固有变化量磁通的高精度直流微电流钳形表。
为减少对运行系统的影响，检测系统在保证测量精度的前提下，尽可能减小注入量。采用了直流脉冲电流源及差分测量方法，降低了直流钳形表零漂及外部干扰带来的测量误差；并对直流电流发生器设置了10mA、100mA两个档位，同样钳形表也设置了相应的测量档位提高系统测量精度。
由于电流源加在大阻抗负载上可能产生高电压不利安全，系统还在直流电流发生器上增加限值保护元件，以保证安全。 4、注入法现场实测
检测系统样机研制成功后首先在宁波电网进行了现场实测验证，取得了良好的效果。
4.1未投运变电站检测试验
首先在一座接线完善、等待投运的220kV变电变进行试验。电压二次回路中性线网络如图
4.1.1正常工况检测
在正常接线情况下选择各典型点A、B、C、D、E、F注入10mA脉冲电流源，检测注入点电流、永久接地点（也就是全所唯一接地点）电流，所得测试数据如表4-1所示：
注：分流比=（注入点电流一永久接地点电流）/注入点电流，以下同。
由表4-1可知，在各典型点注入10mA脉冲电流源时，各点分流比均在1%以内。在整个中性线网络全所一点接地的情况下，不同注入点测得的分流比是不变的，且趋近于O。实测结果表明，该变电压回路中性线网络有且仅有一点可靠接地。
4.1_2人工模拟金属性第二接地点
在离永久接地点最远的110kV ll母电压互感器端子箱处B点直接接地，在典型位置A、B、C、D、E、F点逐一注入约10mA脉冲电流源，检测注入点电流和永久接地点电流，所得测试数据如表4-2所示：
由表4-2数据可知，分流比与第二接地点位置、恒流源注入位置密切相关。在特定一处注入，可能无法发现某些地方的第二接地点（如A点），但只要按测试要求在多处注入电流（如B点，C点），本检测仪能准确地反应是否存在第二接地点。而且电气上越靠近第二接地点的分流比越大，能比较方便找到第二接地点，这是其他测试方法不具备的。在其他点接地，也得到同样结论。
4.1.3人工模拟非金属性第二接地点
在实际工作中，误接线常常由于电缆破损、放电间隙损坏等引起，可能通过一定的过渡电阻接地，为验证本系统对过渡电阻的适应能力，在110kV Ⅱ母电压互感器端子箱B点经10Ω电阻接地，分别在各典型位置A、B、C、D、E、F注入约100mA脉冲电流源，检测检测注入点和永久接地点电流。所得测试数据如表4-3所示：
通过分析表4-3中的数据可知，第二接地点如非金属性接地，对检测的灵敏度有影响，因为非金属性接地时分流比要比金属性接地时小。恒流源注入位置越靠近第二接地点处，分流越大，检测效果越好。当出现注入点处的注入电流与永久接地点电流如有明显不同，则认为存在第二接地点。
将第二接地点电阻更改为5 0，作相同试验，分流非常明显。
通过现场测试应用发现，只要检测各典型点注入电流和永久接地点电流，检测其分流情况即可判断是否存在多点接地。如各点注入均无明显分流，可认为网络只有一点接地；任一注入点测得有明显分流，则可认为该点附近存在第二接地点。
4.2注入法现场安全性验证
为验证在中性线注入直流电流对交流电压回路影响有多大，在运行变电站做了以下试验：在变电站的一台故障录波器屏内，把直流电源（对地110V）直接短接到电压回路中性线上，检查保护、测控装置测量值，并启动手动录波，比较短接前后的各电压录波波形，结果表明电压回路中性线上注入直流对交流电压的测量基本没有影响。
由于采用微电流注入法检测电压回路多点接地的注入电流很小（只有10mA或100mA），加上中性线线电阻很小（一般小于1 O），实际注入的电压非常小，由此进一步说明了直流电流注入中性线不影响运行设备，具有很强的安全性。
4.3运行变电站检测试验和实际应用
本测试方法不改变全站电压回路接线，仅在电压回路中线线上短时注入10mA或100mA微电流检测电压回路多点接地，具有很强的灵敏性和安全性。
为了验证在运行变电站的适用性，再次安排在—座运行110kV变电变进行相同检测和人为接地试验。正常工况下，不同位置注入微电流，只有永久接地点有相同电流：人为增加可变电阻第二点接地，即使电阻达到20Ω电阻情况下，该方法仍能分辨有分流，方便查出多余接地点。
后来对宁波电网41座220kV变电站进行了电压回路中性线多点接地检测，测试发现多座变电站存在多点接地情况，有放电间隙击穿、电缆绝缘不良、扩建设备压变回路误接地等情况，立即进行了处理，消除隐患。其中有一个变电站有多个110kV间隔线路压变一二次接地误连通，也通过本方法查出整改。宁波局已将应用本方法定期检查电压二次回路一点接地作为专业检查项目。
结论：
本文研究的微电流注入检测电压回路中性线多点接地的装置和方法经实际验证是安全、方便，有效的，解决了以往变电站一旦投。
[关键词]电压二次回路；中性线；多点接地；检测技术
1、引言
近年来，国内发生了多起变电站电压回路中性线接地错误、多点接地等原因引起的线路零序保护反方向误动、联变保护误动、纵联保护误动等事故，均造成重大影响，带来重大经济损失。
国家电网公司新版“十八项反措”明确规定电压二次回路只允许有一点接地，并要求定期进行检查，防止出现电压二次回路多点接地的现象。
2、电压二次回路多点接地简述
对于电压二次回路的接地问题，一般只允许在控制室内有一点接地，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开关或熔断器等。己在控制室一点接地的电压互感器二次线圈，宜在开关场将二次线圈中性点经接地保护器或放电间隙或氧化锌阀片接地，并应定期检查接地保护器或放电间隙或氧化锌阀片，防止造成电压二次回路多点接地的现象。
放电间隙击穿或线路压变一二次接地误连通等回路误接线等原因均可能造成第二个接地点，正常保护、测控装置不会告警，当系统发生接地故障，接地电流注入地网时，接地网网格中各点间将不再完全等电位，二点接地的电压回路中性线上将产生附加电压，使得保护测控装置感受的相电压和自产零序电压受其附加电压影响，采集的电压不光是幅值发生变化，甚至相位反相，影响保护装置的正确测量，进而可能导致距离保护、零序保护等保护发生不正确动作。
因而对电压回路中性线的多点接地问题的研究很有现实意义，若能够及时准确地发现多点接地隐患，将极大地有助于电网安全稳定运行。
3、电压回路多点接地检测技术
3.1多点接地的检测难点
电压二次回路中性线在正常运行时就是一点接地的，中性点电压基本为零，即使发生多点接地，中性点的电压仍基本为零，测量装置或保护装置也不会发生异常，不能有效告警，多点接地只有在系统发生故障时才会产生严重影响。
由于电压二次回路接地点要求保持永久接地，在运行时不容许短时断开，这就给检测寄生接地点带来极大的难度。
3.2注入法检测技术原理
为了满足一点接地的要求，变电站电压二次回路各中性线形成一个互相连通的网络，通常在控制室一点接地。由于无法通过正常运行时各电气量的检测来发现该网络是否发生多点接地，因此考虑检测外加电气量的办法来解决。
当中性线网络只有一个接地点时，如果从该网络的任意一点对地之间注入电流，那么根据基尔霍夫电流定律，流入永久接地点的电流应该与注入的电流值相同，如果存在差异，则说明中间某处有寄生接地点导致分流。进而根据中性线网络结构检测相关中性线回路注入电流分布情况，可以检测查找出寄生接地点。
如图3.1所示，图中A、B、C、D为中性线网络的一条支路中的几处接点，R1，R2，R3分别为支路中三段导线的电阻，D为永久接地点，R为在第二接地点接地电阻。
A点对地（接地点）注入微小的电流I，在正常情况下（单点接地）流经接地导线AB段.BC段和CD段的流应该是相等的，都为注入的电流信号1。如果在支路中存在其它的接地点（比如图中的C点）。R为接地电阻.由于R的分流作用，流经接地导线的CD段的电流必定小于注入的电流信号。基于这个原理.使用高精度的电流表.检测流经AB，BC，CD段的电流并与注入的电流相比较，即可找到故障的接地点。
3.3注入法检测方案分析
注入法检测技术的关键是注入电源和测试方案的选择。注入电源选择需要考虑其频率和幅值对保护、测控装置测量造成的影响；测试方案的选择主要考虑不同的注入点对保护、测控装置测量的影响。
利用MATLAB进行仿真计算，并利用仿真结果分析测量误差。不同幅值、相位低频交流和直流电源注入在不同地注入点，计算保护测控装置测量到的电压误差，得到如下结论：
（1）注入电源与电压互感器输出电压间的相位差对测量精度影响较小；
（2）不同的测试频率对测量精度影响也较小，但直流电源对测量精度影响最小；
（3）注入点应选择中性线，不宜选择相电压线。如果选择相电压线，注入电源都将对二次设备的测量带来误差，特别当电网故障时，由于电压互感器二次电压减小，注入电源不变将使测量误差百分比大大增加：另外测试仪故障也可能导致电压回路异常，危害很大；尽管保护、测控装置中的电压变换器隔离能隔离直流分量，但可能影响其磁特性，所以应该选择在中J性线注入。
综上可知，选择直流源或低频交流源注入检测的方案。经查阅资料，发现高精度电流源信号发生器设计已没有难度，直流小电流精确感应测量技术也已经成熟可用，从降低信号注入对电力系统二次设备的影响出发，选择直流电流注入更合理安全。
3.4注入法检测系统研制
经过上节的分析，确定直流电流源从中J性线注入的检测方案作为最终方案。
为将该多点接地检测技术实际使用验证并转化应用，协同企业研制了一套基于直流电流源注入原理的电压二次回路中性线多点接地检测系统。该系统包含一台高精度直流电流发生器和一只基于霍尔原理和注入固有变化量磁通的高精度直流微电流钳形表。
为减少对运行系统的影响，检测系统在保证测量精度的前提下，尽可能减小注入量。采用了直流脉冲电流源及差分测量方法，降低了直流钳形表零漂及外部干扰带来的测量误差；并对直流电流发生器设置了10mA、100mA两个档位，同样钳形表也设置了相应的测量档位提高系统测量精度。
由于电流源加在大阻抗负载上可能产生高电压不利安全，系统还在直流电流发生器上增加限值保护元件，以保证安全。 4、注入法现场实测
检测系统样机研制成功后首先在宁波电网进行了现场实测验证，取得了良好的效果。
4.1未投运变电站检测试验
首先在一座接线完善、等待投运的220kV变电变进行试验。电压二次回路中性线网络如图
4.1.1正常工况检测
在正常接线情况下选择各典型点A、B、C、D、E、F注入10mA脉冲电流源，检测注入点电流、永久接地点（也就是全所唯一接地点）电流，所得测试数据如表4-1所示：
注：分流比=（注入点电流一永久接地点电流）/注入点电流，以下同。
由表4-1可知，在各典型点注入10mA脉冲电流源时，各点分流比均在1%以内。在整个中性线网络全所一点接地的情况下，不同注入点测得的分流比是不变的，且趋近于O。实测结果表明，该变电压回路中性线网络有且仅有一点可靠接地。
4.1_2人工模拟金属性第二接地点
在离永久接地点最远的110kV ll母电压互感器端子箱处B点直接接地，在典型位置A、B、C、D、E、F点逐一注入约10mA脉冲电流源，检测注入点电流和永久接地点电流，所得测试数据如表4-2所示：
由表4-2数据可知，分流比与第二接地点位置、恒流源注入位置密切相关。在特定一处注入，可能无法发现某些地方的第二接地点（如A点），但只要按测试要求在多处注入电流（如B点，C点），本检测仪能准确地反应是否存在第二接地点。而且电气上越靠近第二接地点的分流比越大，能比较方便找到第二接地点，这是其他测试方法不具备的。在其他点接地，也得到同样结论。
4.1.3人工模拟非金属性第二接地点
在实际工作中，误接线常常由于电缆破损、放电间隙损坏等引起，可能通过一定的过渡电阻接地，为验证本系统对过渡电阻的适应能力，在110kV Ⅱ母电压互感器端子箱B点经10Ω电阻接地，分别在各典型位置A、B、C、D、E、F注入约100mA脉冲电流源，检测检测注入点和永久接地点电流。所得测试数据如表4-3所示：
通过分析表4-3中的数据可知，第二接地点如非金属性接地，对检测的灵敏度有影响，因为非金属性接地时分流比要比金属性接地时小。恒流源注入位置越靠近第二接地点处，分流越大，检测效果越好。当出现注入点处的注入电流与永久接地点电流如有明显不同，则认为存在第二接地点。
将第二接地点电阻更改为5 0，作相同试验，分流非常明显。
通过现场测试应用发现，只要检测各典型点注入电流和永久接地点电流，检测其分流情况即可判断是否存在多点接地。如各点注入均无明显分流，可认为网络只有一点接地；任一注入点测得有明显分流，则可认为该点附近存在第二接地点。
4.2注入法现场安全性验证
为验证在中性线注入直流电流对交流电压回路影响有多大，在运行变电站做了以下试验：在变电站的一台故障录波器屏内，把直流电源（对地110V）直接短接到电压回路中性线上，检查保护、测控装置测量值，并启动手动录波，比较短接前后的各电压录波波形，结果表明电压回路中性线上注入直流对交流电压的测量基本没有影响。
由于采用微电流注入法检测电压回路多点接地的注入电流很小（只有10mA或100mA），加上中性线线电阻很小（一般小于1 O），实际注入的电压非常小，由此进一步说明了直流电流注入中性线不影响运行设备，具有很强的安全性。
4.3运行变电站检测试验和实际应用
本测试方法不改变全站电压回路接线，仅在电压回路中线线上短时注入10mA或100mA微电流检测电压回路多点接地，具有很强的灵敏性和安全性。
为了验证在运行变电站的适用性，再次安排在—座运行110kV变电变进行相同检测和人为接地试验。正常工况下，不同位置注入微电流，只有永久接地点有相同电流：人为增加可变电阻第二点接地，即使电阻达到20Ω电阻情况下，该方法仍能分辨有分流，方便查出多余接地点。
后来对宁波电网41座220kV变电站进行了电压回路中性线多点接地检测，测试发现多座变电站存在多点接地情况，有放电间隙击穿、电缆绝缘不良、扩建设备压变回路误接地等情况，立即进行了处理，消除隐患。其中有一个变电站有多个110kV间隔线路压变一二次接地误连通，也通过本方法查出整改。宁波局已将应用本方法定期检查电压二次回路一点接地作为专业检查项目。
结论：
本文研究的微电流注入检测电压回路中性线多点接地的装置和方法经实际验证是安全、方便，有效的，解决了以往变电站一旦投。