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

摘 要：對互感器二次回路中兩點接地事故的原因進(jìn)行分析，分析了如何連接各個互感器以避免二次回路中出現(xiàn)兩點接地故障，并對設(shè)計、安裝調(diào)試及運行維護(hù)中如何規(guī)避兩點接地事故進(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)備在運行中的二次測量值，是確保系統(tǒng)安穩(wěn)運行的首道防線[1，2]。目前電力運行系統(tǒng)對繼電保護(hù)多采用微機(jī)保護(hù)，計算能力強(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)誤動給予閉鎖，避免因為誤動導(dǎo)致系統(tǒng)故障，影響電力系統(tǒng)運行。本文主要對電壓互感器二次回路中兩點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 兩點接地下的誤動事故

TA、TV二次回路多分布在室外，連接設(shè)備多，分布范圍廣，在運行過程中因為運行時間長出現(xiàn)絕緣老化，或在一些人為因素下會出現(xiàn)兩點接地[3]。 TA、TV二次回路一旦出現(xiàn)了兩點接地，保護(hù)裝置保護(hù)動作不正確，會引起大面積停電，威脅電網(wǎng)運行**。下面對TA、TV二次回路中兩點接地事故進(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，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)行拆除檢查時發(fā)現(xiàn)，線路中仍存在其它接地點。而此次故障的主要原因為：201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)了兩點接地，而接地點分別位于微機(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點為線路中兩點接地點。 Ik為保護(hù)回路電流， A。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時，故障一次電流會在2個接地點位置之間出現(xiàn)電位差，此電位差會在保護(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)入到動作區(qū)域，斷路器在保護(hù)動作下出現(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，151線路出口處會發(fā)生W相金屬性接地短路，而保護(hù)裝置在啟動后沒有發(fā)生保護(hù)動作。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)接地點在打開后，還存在有其它接地點。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的避雷器接地點已被擊穿，從而導(dǎo)致TV二次回路中出現(xiàn)了兩點接地，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點為線路中兩點接地點。當(dāng)電力系統(tǒng)一次系統(tǒng)出現(xiàn)兩點接地故障之后，在接地兩點位置會形成相應(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)動作，*終導(dǎo)致了保護(hù)性拒動出現(xiàn)。

圖2 TV二次回路的兩點接地故障示意圖ZnO

2 兩點接地下的誤動事故分析

2.1 TA二次回路

TA二次回路中出現(xiàn)兩點接地會出現(xiàn)電流分流，如果2個接地點分別位于繼電保護(hù)裝置中電流繞組兩側(cè)，那么接地點同地會構(gòu)成1個并聯(lián)性回路，繼而電流繞組出現(xiàn)短路，能通過保護(hù)裝置繞組的電流會大大減少。同時當(dāng)出現(xiàn)兩點接地故障時，2個接地點位置的電位差會在二次繞組之上產(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。

要避免TA二次回路中出現(xiàn)兩點接地故障，TA二次回路應(yīng)只存在1個接地點。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點接地。其它獨立的二次回路應(yīng)將接地點設(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個電位下的測量儀表同繼電保護(hù)分開，確保運行人員及設(shè)備**。

如果TV二次回路中沒有接地點，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個分壓，并將高電壓引入至這個二次回路之中。但如果TV二次回路內(nèi)存在一點接地，那么二次回路中對地電容就是0 Ω，就能確保電網(wǎng)**運行。

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

3 兩點接地的判斷方法

在電力系統(tǒng)運行過程中，對于TV二次回路常用判別兩點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二次回路中兩點接地出口出現(xiàn)c相的金屬性接地時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現(xiàn)一點接地，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接地點，且接地點存在較遠(yuǎn)空間距離，接地點內(nèi)會產(chǎn)生較大電流。如果中性線在控制室外存在接地點，**接地點同主控制室內(nèi)的接地點間會產(chǎn)生明顯電位差，在此電位差下會產(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電流值進(jìn)行測量，就能對TV二次回路是否存在多點接地進(jìn)行有效判斷。

4 互感器二次回路中兩點接地事故的預(yù)防

在電力系統(tǒng)運行過程中，要確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，預(yù)防二次回路中兩點接地事故，應(yīng)在電網(wǎng)設(shè)計、安裝及后期維護(hù)各個環(huán)節(jié)都采取相應(yīng)防范措施[4]，對兩點接地事故進(jìn)行全過程及全方位的監(jiān)管，這樣才能將二次回路中因為兩點接地導(dǎo)致的**事故防患于未然。下面分別闡述。

4.1 電網(wǎng)設(shè)計

在電網(wǎng)設(shè)計過程中，要預(yù)防兩點接地事故出現(xiàn)，設(shè)計人員需對系統(tǒng)中繼電保護(hù)及各種自動裝置的反事故特點及措施有**了解，并按照裝置的反事故措施要求進(jìn)行**設(shè)計。在設(shè)計中主要注意以下幾點：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)、母線差動保護(hù)、變壓器差動保護(hù)等)都需要達(dá)到一點接地，高阻的差動回路不包括在內(nèi)。且這個接地點需裝設(shè)在被保護(hù)屏柜中的接地銅排之上。而且在設(shè)計中各繞組需分別接地設(shè)計，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)的獨立電流回路，接地點應(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1個接地點，且此接地點需設(shè)計在配電裝置端子處;d) 所有差動保護(hù)下的二次回路都需保持相互獨立，應(yīng)在配電裝置經(jīng)端子處選擇*適宜的接地點進(jìn)行接地設(shè)計[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)及各種自動裝置的反事故特點及措施有**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)行及時修改，防范兩點接地事故出現(xiàn)。主要來講應(yīng)注意下面幾點：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，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)實驗;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 運行維護(hù)

在電力系統(tǒng)后期運行維護(hù)中，維護(hù)人員需利用設(shè)備停電、保護(hù)校驗等一切時機(jī)，對二次回路進(jìn)行接地及絕緣檢查，如不滿足設(shè)計要求，要及時整改，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)防兩點接地出現(xiàn)。主要來講需注意：a) 定期對運行保護(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)備在運行前必須進(jìn)行此項檢查;c) 如果電力系統(tǒng)涉及到回路變更，要對回路接地點進(jìn)行仔細(xì)核查，確保接地點實際位置符合要求后，按照繞組數(shù)量級實際投入進(jìn)行臺賬設(shè)置，并結(jié)合實際案例，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)運行過程中，二次回路是系統(tǒng)**穩(wěn)定運行的首道保障，作用至關(guān)重要。電力系統(tǒng)運行過程中，為確保繼電保護(hù)及其自動裝置能正確工作，必須保證二次回路電氣連接擁有1個*為可靠的接地點，在運行中不能出現(xiàn)兩點接地。在系統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試及運行維護(hù)的各個環(huán)節(jié)都做好防范措施，將多點接地隱患消除于未然，這樣才能確保電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運行，確保供電**。

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