DQZHAN技術(shù)訊：互感器二次回路中兩點(diǎn)接地事故的分析與預(yù)防

摘 要：對互感器二次回路中兩點(diǎn)接地事故的原因進(jìn)行分析，分析了如何連接各個(gè)互感器以避免二次回路中出現(xiàn)兩點(diǎn)接地故障，并對設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)中如何規(guī)避兩點(diǎn)接地事故進(jìn)行詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：互感器;二次回路;兩點(diǎn)接地

中圖分類號：TK11

Analysis and Prevention of Two-Point Grounding Accident in Secondary Circuit of Instrument Transformer

ZHANG Da-jia

(Shanxi Xishan Thermal Power Co., Ltd., Taiyuan 030022, Shanxi, China)

Abstract: Analyzed the reasons of two-point grounding accident in secondary circuit of instrument transformer, analyzed how to connect various instrument transformers in order to avoid the two-point grounding accidents in secondary circuit, and elaborated how to avoid the two-point grounding accidents in design, installation, commissioning, operation and maintenance in details.

Keywords: instrument transformer; secondary circuit; two-point grounding

0 引言

當(dāng)前電力運(yùn)行系統(tǒng)中，繼電保護(hù)借助電流/電壓互感器能顯示系統(tǒng)中電力設(shè)備所有電流、電壓信息，準(zhǔn)確提供電力設(shè)備在運(yùn)行中的二次測量值，是確保系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行的首道防線[1，2]。目前電力運(yùn)行系統(tǒng)對繼電保護(hù)多采用微機(jī)保護(hù)，計(jì)算能力強(qiáng)，可用軟件對各種復(fù)雜保護(hù)進(jìn)行分析。研究繼電保護(hù)下電壓互感器中二次斷線的檢測方法，對二次單相及多相斷線中可能出現(xiàn)的保護(hù)誤動(dòng)給予閉鎖，避免因?yàn)檎`動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)故障，影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。本文主要對電壓互感器二次回路中兩點(diǎn)接地事故對繼電保護(hù)影響、原因及防范措施進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 兩點(diǎn)接地下的誤動(dòng)事故

TA、TV二次回路多分布在室外，連接設(shè)備多，分布范圍廣，在運(yùn)行過程中因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)間長出現(xiàn)絕緣老化，或在一些人為因素下會(huì)出現(xiàn)兩點(diǎn)接地[3]。 TA、TV二次回路一旦出現(xiàn)了兩點(diǎn)接地，保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作不正確，會(huì)引起大面積停電，威脅電網(wǎng)運(yùn)行**。下面對TA、TV二次回路中兩點(diǎn)接地事故進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 TA二次回路

2011年9月18日，山西西山熱電站220 kV變電站中220 kV母線旁路的201線路內(nèi)1條線路在斷路器運(yùn)行狀態(tài)下，1條110 kV出線W出現(xiàn)了接地性故障。這條線路所屬斷路器對接地故障正確判斷，保護(hù)性跳閘。與此同時(shí)，201斷路器對此故障誤跳閘，201線路兩側(cè)W相斷路器出現(xiàn)跳閘，實(shí)現(xiàn)重合。

對故障進(jìn)行檢查中發(fā)現(xiàn)，此變電站電纜都是年初進(jìn)行更新的，但對室外一次設(shè)備區(qū)的端子箱進(jìn)行拆除檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，線路中仍存在其它接地點(diǎn)。而此次故障的主要原因?yàn)椋?01斷路器發(fā)出的保護(hù)電流通過回路在2號主變壓器電纜頭位置嵌入到了N相線心，并因此導(dǎo)致201線路中的保護(hù)電流回路在室外端子箱處出現(xiàn)了兩點(diǎn)接地，而接地點(diǎn)分別位于微機(jī)保護(hù)下的零序繞組兩側(cè)。具體如圖1所示，圖1中，U、V、W、N分別為201斷路器下的并聯(lián)線路，G點(diǎn)為線路中兩點(diǎn)接地點(diǎn)。 Ik為保護(hù)回路電流， A。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，故障一次電流會(huì)在2個(gè)接地點(diǎn)位置之間出現(xiàn)電位差，此電位差會(huì)在保護(hù)零序繞組內(nèi)演變成附加電流，使采樣電流出現(xiàn)異常，角度出現(xiàn)反相，使零序電流方向保護(hù)進(jìn)入到動(dòng)作區(qū)域，斷路器在保護(hù)動(dòng)作下出現(xiàn)保護(hù)性跳閘。

1.2 TV二次回路

2012年2月12日，山西西山熱電站110 kV變電站(長榮熱電站)在擴(kuò)容增容后，使用前進(jìn)行檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用110 kV進(jìn)行模擬進(jìn)線時(shí)，151線路出口處會(huì)發(fā)生W相金屬性接地短路，而保護(hù)裝置在啟動(dòng)后沒有發(fā)生保護(hù)動(dòng)作。經(jīng)過采樣分析，W相電壓不是0 V，且三相電壓幅值及相位同正常狀態(tài)比較均出現(xiàn)了偏移。對電壓回路進(jìn)行絕緣檢查過程中發(fā)現(xiàn)，控制室內(nèi)接地點(diǎn)在打開后，還存在有其它接地點(diǎn)。經(jīng)過檢查，110 kV線路內(nèi)4-9 TV端子箱中二次繞組，其二次回路經(jīng)ZnO的避雷器接地點(diǎn)已被擊穿，從而導(dǎo)致TV二次回路中出現(xiàn)了兩點(diǎn)接地，具體如圖2所示，圖2中，U、V、W、L分別為201斷路器下的并聯(lián)線路，N為保護(hù)電流回路，G點(diǎn)為線路中兩點(diǎn)接地點(diǎn)。當(dāng)電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)出現(xiàn)兩點(diǎn)接地故障之后，在接地兩點(diǎn)位置會(huì)形成相應(yīng)電位差，從而導(dǎo)致保護(hù)裝置對回路電壓值不能正確測量，電壓波形出現(xiàn)畸變，方向元件不能進(jìn)行正確保護(hù)動(dòng)作，*終導(dǎo)致了保護(hù)性拒動(dòng)出現(xiàn)。

圖2 TV二次回路的兩點(diǎn)接地故障示意圖ZnO

2 兩點(diǎn)接地下的誤動(dòng)事故分析

2.1 TA二次回路

TA二次回路中出現(xiàn)兩點(diǎn)接地會(huì)出現(xiàn)電流分流，如果2個(gè)接地點(diǎn)分別位于繼電保護(hù)裝置中電流繞組兩側(cè)，那么接地點(diǎn)同地會(huì)構(gòu)成1個(gè)并聯(lián)性回路，繼而電流繞組出現(xiàn)短路，能通過保護(hù)裝置繞組的電流會(huì)大大減少。同時(shí)當(dāng)出現(xiàn)兩點(diǎn)接地故障時(shí)，2個(gè)接地點(diǎn)位置的電位差會(huì)在二次繞組之上產(chǎn)生額外電流，系統(tǒng)保護(hù)裝置內(nèi)的流入電流同電流互感器二次所感應(yīng)的電流間存在極大差異，致使保護(hù)裝置出現(xiàn)保護(hù)性誤動(dòng)。

要避免TA二次回路中出現(xiàn)兩點(diǎn)接地故障，TA二次回路應(yīng)只存在1個(gè)接地點(diǎn)。共用的TA二次回路應(yīng)安裝在距離保護(hù)柜屏100 mm2內(nèi)的接地銅排之上，在保護(hù)柜屏中1點(diǎn)接地。其它獨(dú)立的二次回路應(yīng)將接地點(diǎn)設(shè)置在配電裝置的端子處。備用TA二次回路繞組需從根部引入到端子箱，在端子箱100 mm2內(nèi)的接地銅排處進(jìn)行可靠接地。

2.2 TV二次回路

對于電壓互感器來講，互感器有2個(gè)任務(wù)：a) 需要將高電壓按照比例轉(zhuǎn)換為低電壓，以達(dá)到測量儀表的測量需求;b) 要將電力系統(tǒng)中高電位、低電位2個(gè)電位下的測量儀表同繼電保護(hù)分開，確保運(yùn)行人員及設(shè)備**。

如果TV二次回路中沒有接地點(diǎn)，TV上高電壓在互感器中一次線圈及二次線圈間的電容，同二次回路中產(chǎn)生的對地電容間形成1個(gè)分壓，并將高電壓引入至這個(gè)二次回路之中。但如果TV二次回路內(nèi)存在一點(diǎn)接地，那么二次回路中對地電容就是0 Ω，就能確保電網(wǎng)**運(yùn)行。

要避免TV二次回路中出現(xiàn)兩點(diǎn)接地故障，TV二次回路應(yīng)只設(shè)計(jì)1個(gè)接地點(diǎn)。共用TV二次回路只能在控制室中存在1個(gè)接地點(diǎn)，且各個(gè)TV中性線不能同可能斷開的熔斷器或斷路器相連接。其它獨(dú)立的二次回路應(yīng)在控制室中或一次設(shè)備區(qū)中實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，并要將接地點(diǎn)設(shè)置在戶外端子箱100 mm2內(nèi)接地銅排處。高點(diǎn)電容器組下的TV二次回路需在一次設(shè)備區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地。

3 兩點(diǎn)接地的判斷方法

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對于TV二次回路常用判別兩點(diǎn)接地故障的方法有錄波圖分析法及測量判斷分析法。下面對這兩種方法進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 錄波圖分析法

圖3給出了TV二次回路中兩點(diǎn)接地出口出現(xiàn)c相的金屬性接地時(shí)線路母線的三相電壓波形圖，從上至下分別為a、b、c這三相的波形，故障前這三相電壓都是對稱的，而故障后三相電壓波形圖變化明顯，a相電壓明顯減小，b相電壓顯著增大，而出現(xiàn)故障的c相電壓在理論上本應(yīng)為0 V，但是現(xiàn)在卻存在較大值。

圖3 TV二次回路兩點(diǎn)接地故障的現(xiàn)場波形圖

3.2測量判斷分析法

在理論上，TV二次回路中三相電壓負(fù)載平衡狀態(tài)下，中性線的電位電壓應(yīng)為0 V，當(dāng)中性線在控制室中實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地，那么開關(guān)場中性線經(jīng)交流電壓下在線監(jiān)測裝置對兩點(diǎn)接地進(jìn)行檢測的二次線的電流應(yīng)該是0 A，或出現(xiàn)微小電流。但如果TV二次回路中存在多個(gè)接地點(diǎn)，且接地點(diǎn)存在較遠(yuǎn)空間距離，接地點(diǎn)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大電流。如果中性線在控制室外存在接地點(diǎn)，**接地點(diǎn)同主控制室內(nèi)的接地點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生明顯電位差，在此電位差下會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)大于10 mA的電流。定期用鉗形電流表對TV二次回路中公共接地點(diǎn)電流值進(jìn)行測量，就能對TV二次回路是否存在多點(diǎn)接地進(jìn)行有效判斷。

4 互感器二次回路中兩點(diǎn)接地事故的預(yù)防

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防二次回路中兩點(diǎn)接地事故，應(yīng)在電網(wǎng)設(shè)計(jì)、安裝及后期維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)都采取相應(yīng)防范措施[4]，對兩點(diǎn)接地事故進(jìn)行全過程及全方位的監(jiān)管，這樣才能將二次回路中因?yàn)閮牲c(diǎn)接地導(dǎo)致的**事故防患于未然。下面分別闡述。

4.1 電網(wǎng)設(shè)計(jì)

在電網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中，要預(yù)防兩點(diǎn)接地事故出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員需對系統(tǒng)中繼電保護(hù)及各種自動(dòng)裝置的反事故特點(diǎn)及措施有**了解，并按照裝置的反事故措施要求進(jìn)行**設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中主要注意以下幾點(diǎn)：a) 在電力系統(tǒng)中，如果電流回路是幾組電流互感二次直接組合所得，那么變壓器的各種保護(hù)(包括有角形開關(guān)、2/3開關(guān)主結(jié)線保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)、變壓器差動(dòng)保護(hù)等)都需要達(dá)到一點(diǎn)接地，高阻的差動(dòng)回路不包括在內(nèi)。且這個(gè)接地點(diǎn)需裝設(shè)在被保護(hù)屏柜中的接地銅排之上。而且在設(shè)計(jì)中各繞組需分別接地設(shè)計(jì)，接地不能出現(xiàn)串接;b) 同其它電流互感器不產(chǎn)生電聯(lián)的獨(dú)立電流回路，接地點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)于位于戶外端子箱這一配電裝置100 mm2內(nèi)的接地銅排之上;c) 電流互感器中所有二次回路都需設(shè)計(jì)1個(gè)接地點(diǎn)，且此接地點(diǎn)需設(shè)計(jì)在配電裝置端子處;d) 所有差動(dòng)保護(hù)下的二次回路都需保持相互獨(dú)立，應(yīng)在配電裝置經(jīng)端子處選擇*適宜的接地點(diǎn)進(jìn)行接地設(shè)計(jì)[5]。

4.2 安裝調(diào)試

在電網(wǎng)安裝調(diào)試過程中，要預(yù)防兩點(diǎn)接地事故出現(xiàn)，安裝調(diào)試人員不僅需對系統(tǒng)中繼電保護(hù)及各種自動(dòng)裝置的反事故特點(diǎn)及措施有**了解，而且還要熟悉反措施內(nèi)容，對于安裝中同反措施要求不相匹配的措施進(jìn)行及時(shí)修改，防范兩點(diǎn)接地事故出現(xiàn)。主要來講應(yīng)注意下面幾點(diǎn)：a) 如果電流互感器在接線箱中設(shè)置了限流片，那么對各個(gè)繞組的限流片在施工前都要對其接線工藝進(jìn)行檢查，如果是多股線需將壓線連接到端子上[6];b) CT變比在選取上盡量選二次額定電流在5 A時(shí)的變比，例如選擇4 000/5等;c) 在任意CT回路接地中，如果要改變接地點(diǎn)，不僅需嚴(yán)格遵守安裝規(guī)程，在改變前還需進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn);d) 對于電力系統(tǒng)內(nèi)的復(fù)雜繼電保護(hù)，在安裝調(diào)試過程中需嚴(yán)格按照《繼電保護(hù)**措施票》要求進(jìn)行操作。

4.3 運(yùn)行維護(hù)

在電力系統(tǒng)后期運(yùn)行維護(hù)中，維護(hù)人員需利用設(shè)備停電、保護(hù)校驗(yàn)等一切時(shí)機(jī)，對二次回路進(jìn)行接地及絕緣檢查，如不滿足設(shè)計(jì)要求，要及時(shí)整改，消除潛在隱患。在一次設(shè)備區(qū)域中，TV二次繞組的中性點(diǎn)如果需經(jīng)放電間隙或ZnO閥片來接地，需定期對其檢查，檢查是否出現(xiàn)擊穿，預(yù)防兩點(diǎn)接地出現(xiàn)。主要來講需注意：a) 定期對運(yùn)行保護(hù)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場檢查，檢查二次回路接線，發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)接地需及早改造，杜絕接地事故出現(xiàn);b) 對新設(shè)備需定期做帶負(fù)荷檢查，檢查中性線回路電流是否滿足要求。新設(shè)備在運(yùn)行前必須進(jìn)行此項(xiàng)檢查;c) 如果電力系統(tǒng)涉及到回路變更，要對回路接地點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)核查，確保接地點(diǎn)實(shí)際位置符合要求后，按照繞組數(shù)量級實(shí)際投入進(jìn)行臺賬設(shè)置，并結(jié)合實(shí)際案例，定期對維護(hù)人員進(jìn)行保護(hù)反措施培訓(xùn)，不斷提高維護(hù)人員工作水平。

5 結(jié)語

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，二次回路是系統(tǒng)**穩(wěn)定運(yùn)行的首道保障，作用至關(guān)重要。電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為確保繼電保護(hù)及其自動(dòng)裝置能正確工作，必須保證二次回路電氣連接擁有1個(gè)*為可靠的接地點(diǎn)，在運(yùn)行中不能出現(xiàn)兩點(diǎn)接地。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)都做好防范措施，將多點(diǎn)接地隱患消除于未然，這樣才能確保電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，確保供電**。

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