繼電保護等電位接地網常見問題分析

張兵海,李鐵成,王獻志,趙宇皓,何 磊

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

繼電保護等電位接地網常見問題分析

張兵海,李鐵成,王獻志,趙宇皓,何 磊

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

針對現場繼電保護等電位接地網與相關措施要求的“只能存在唯一連接點”存在差異的問題,從接地點與接地技術方面對存在的問題進行分析,提出有針對性的處理措施,并說明等電位接地網設計安裝的技術要求。

繼電保護;等電位接地網;等電位接地銅排

根據國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》(簡稱“反事故措施”)2012版和國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》2014版要求,繼電保護二次系統(tǒng)要求設置等電位接地網。兩部反事故措施均對繼電保護等電位接地網提出了具體要求,但因為理解角度不同,現場繼電保護等電位接地網仍在“與主接地網只能存在唯一連接點”的要求方面存在問題,以下主要就此展開分析。

1 繼電保護等電位接地網與主接地網連接的技術原理

GB/T 14285-2006《繼電保護和自動裝置技術規(guī)程》對電磁干擾提出了明確要求,屏蔽電纜的屏蔽層要求雙端接地。標準要求為保障人身和設備安全及電磁兼容要求,在發(fā)電廠和變電所的開關場內及建筑物外應設置符合有關標準要求的直接接地網,即反事故措施要求的“主接地網”;對繼電保護及有關設備,為減緩高頻電磁干擾的耦合,應在有關場所設置符合要求的等電位接地網[1]。

分析認為,對于大電流接地系統(tǒng)(主變中性點接地運行),當發(fā)生接地故障時,從故障點到變壓器中性點將流過大的故障電流,從而在變電站形成地電位差。如果電纜屏蔽層為單端接地,則在非接地端將產生過電壓;如果屏蔽層為雙端接地,則在屏蔽層中會流過大電流,并在芯線中感應出較高干擾電流;無論是過電壓還是過電流,如果速動保護拒動,則均有可能會對二次電纜產生破壞影響,使絕緣性能降低甚至燒毀[23],干擾電流還將可能影響繼電保護等裝置的動作行為,因此需要設置等電位接地網,等電位接地網在屏蔽電纜的兩端與主接地網不直接連接,在電纜的中間部位(僅排除電纜的首末端)則需要與主接地網緊密連接,原理示意如圖1所示。

由圖1可看出,當主接地網中流過大的接地故障電流時,分流只會流過等電位接地網,電纜屏蔽層中不會流過電流或流過電流極小,對二次電纜和裝置不會產生影響。

圖1 繼電保護等電位接地網原理示意圖

反事故措施要求,保護室的等電位接地網與主接地網只能存在唯一連接點,連接點位置宜選擇在保護室外部電纜豎井處,各保護和控制屏柜下部設置接地銅排與保護室的等電位接地網相連。“唯一連接點”要求保護室內的等電位接地網各點已不能再與主接地網有任何連接點。

2 常見問題及處理分析

2.1 接地點方面

2.1.1 保護屏等電位接地銅排與安裝支架間未經過小絕緣子隔離

反事故措施雖然對等電位接地網的安裝工藝提出了明確要求,但是對屏柜的等電位接地銅排是否需經小絕緣子安裝并沒有明確說法。考慮保護室內各屏柜均為直接或經點焊放置于已直接連接到主接地網的角鋼上,等電位接地銅排的安裝支架與主接地網為直接相連關系。如果保護室內各屏柜下部的等電位接地銅排直接固定在屏柜上,就形成了等電位接地網與主接地網的多點連接,因此各屏柜的等電位接地銅排應經過絕緣子隔離固定到屏柜架構上[4]。

2.1.2 裝置接地接到等電位接地銅排

保護室各屏柜內裝置均通過金屬螺絲固定安裝在屏柜上,屏柜柜體已與主接地網連接,裝置的抗干擾接地與裝置外殼相連,如果抗干擾接地連接到等電位銅排上,則形成了等電位接地網與主接地網的多點連接。分析認為,各屏柜下部的接地銅排應設置兩個,一個為等電位接地銅排,經小絕緣子固定到屏柜上,另一個為直接接地銅排,直接固定到屏柜上,各裝置的抗干擾接地應接到直接接地銅排上。

2.1.3 交流電源的地線接到等電位接地銅排

交流電源有零線N和地線G,N線取自廠變或站變變壓器的380 V側(Y側)中性點,中性點在變壓器本體一般直接接地,反事故措施中已明確要求N線不可接到等電位地網,對于G線則沒有說明,G線用于防止人身觸電,直接連接于主接地網。交流電源的地線和零線均不應接到等電位接地銅排上,應連接到直接接地銅排上。

2.2 接地技術分析

2.2.1 等電位接地網適用的電壓等級

反事故措施和GB/T 14285-2006均沒有說明等電位接地網適用的電壓等級,通過前面的分析認為,等電位接地網主要是防止接地故障時地電位差電流導致的屏蔽層分流電流以及在電纜芯線的感應電流對保護裝置的影響而設置,因此對于不接地電壓等級是不適用的,即變電站或升壓站的最高電壓等級如為不接地系統(tǒng)的電壓等級,如35 k V或10 k V變電站,因為發(fā)生接地故障時地電位差較小,認為可不設置等電位接地網;而對于110 k V及以上電壓等級變電站,因為接地故障時有較高地電位差,變電站占地面積不大并受設備布局影響,站內的35 k V或10 k V電壓等級的電纜屏蔽層中仍會產生地電位差電流,因此仍有必要設置等電位接地網。

2.2.2 開關場端子箱內的接地銅排要求

電纜的屏蔽層要求兩端接地,為了保證接地故障時屏蔽層中不流過因地電位差產生的電流,端子箱處的等電位接地銅排也宜經過小絕緣子隔離安裝,一側(主要為現場端子箱側)未安裝小絕緣子時屏蔽層根據并聯電路分流原理會有一定分流,但分流小于兩側都未安裝小絕緣子的情況。從最大限度降低接地故障時電纜屏蔽層電流的角度分析,屏蔽電纜兩側的等電位接地銅排均應經小絕緣子隔離安裝。

2.2.3 計量、測控等非繼電保護屏柜的等電位接地銅排

計量、測控、PMU、遠動、故錄等裝置均有防電磁干擾的要求,其二次電纜均為屏蔽電纜,屏蔽層均為兩端接地,均應按照繼電保護屏柜的要求進行等電位接地銅排的設置,即保護室、控制室、通信室內的所有屏柜均應按照繼電保護屏柜的要求進行等電位接地銅排的設置。

2.2.4 智能變電站的等電位接地網

根據GB/T 7424.1-2003《光纜總規(guī)范第1部分:總則》附錄A.4“雷擊保護”內容,光纖對雷電沖擊雖然不敏感,但雷擊沖擊會通過金屬成分進入光纜,除可采取無金屬光纜結構之外,用于保護光纜的方法與適用于較大長度電纜的方法相同[5]。分析認為,光纜的金屬鎧甲應接地運行,智能變電站的等電位接地網應與常規(guī)變電站相同看待。

2.2.5 發(fā)電廠主廠房(非升壓站)電氣屏柜等電位接地網

與變電站不同,發(fā)電廠繼電保護涉及范圍較大,既有接地系統(tǒng)也有不接地系統(tǒng)。接地系統(tǒng)必須設置等電位接地網,而發(fā)電廠廠房內的電氣系統(tǒng)如發(fā)電機機端系統(tǒng)(15～27 k V側)和高壓廠用系統(tǒng)(6 k V或10 k V側)均為不接地系統(tǒng)或小電流方式(大電阻)接地系統(tǒng),低壓廠用系統(tǒng)為接地系統(tǒng)(有較少的電廠低壓系統(tǒng)為經大電阻的小電流系統(tǒng)),發(fā)電廠各電壓等級間通過變壓器隔離,廠房內電氣系統(tǒng)發(fā)生接地故障產生的地電位差較小或電壓較低,由電網側接地故障產生的地電位差主要分布于升壓站和主變范圍內,在廠房內電位差較低,因此受地電位差影響明顯的保護和測控等裝置屏柜應連接到等電位接地網,如發(fā)變組保護、啟備變保護、同期系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)等設備屏柜;高壓廠用系統(tǒng)在電網側接地故障時地電位差不明顯,低壓廠用系統(tǒng)雖為接地系統(tǒng)但其馬達保護器和測控裝置均位于廠房內的不接地系統(tǒng),因此高、低壓廠用系統(tǒng)的屏柜可不必設置等電位地網。

3 結束語

a.繼電保護和安全自動裝置等二次裝置的電纜屏蔽層均應雙端接地,大電流接地系統(tǒng)的變電站各二次設備均應設置等電位接地網,等電位接地網的設計安裝應嚴格按照反事故措施要求進行布置。

b.配置等電位接地網的繼電保護室內的各屏柜下部應設置2個接地銅排,等電位接地銅排應經小絕緣子安裝到屏柜上,直接接地銅排則直接安裝到屏柜上,二次屏蔽電纜的屏蔽層接到等電位接地銅排上,其它接地線接到直接接地銅排上。

[1] GB/T 14285-2006. 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程[S].

[2] 李賓皚.電力系統(tǒng)二次設備的接地和接地銅排的敷設[J].華東電力,2005,33(9):60-63.

[3] 張麗萍,袁建生,李中新,等.變電站接地網不等電位模型數值計算[J].中國電機工程學報,2000,20(01):1-3,69.

[4] 唐保峰,范輝,賀春光,等.二次系統(tǒng)等電位接地網的敷設[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009,37(14):112-115.

[5] GB/T 7424.1-2003,光纜總規(guī)范第1部分:總則[S].

本文責任編輯:谷麗娜

Common Problems Analysis of Equipotential Ground Screen of Relay Protection

Zhang Binghai,Li Tiecheng,Wang Xianzhi,Zhao Yuhao,He Lei
(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Aiming at the comprehending discrepancy of only one connecting point in the related measures of relay protection equipotential ground screen at site,the paper researches the common problems in grounding point and grounding technology, gives out the treatment measures,and analyzes the technical demands in design and erection.

relay protection;equipotential ground screen;equipotential ground copper

TM862

:B

張兵海(1968-),男,教授級高級工程師,主要從事各類繼電保護及自動裝置的試驗研究工作。