繼電保護接地及抗干擾幾個問題探討

徐 鵬

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

繼電保護接地及抗干擾幾個問題探討

徐 鵬

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

隨著微機繼電保護、綜合自動化系統越來越先進,系統集成度越來越高,對電磁環境的要求也就不斷提高,所以變電站二次系統抗干擾研究愈發得重要。對廠站建立等電位接地網概念和必要性、與主接地網及安全接地網關系、敷設施工等方面易混淆的幾個問題進行了梳理和探討。結合繼電保護二次系統運行要求,對互感器接地的運行、二次抗干擾措施進行了探討。

等電位接地；二次系統；抗干擾；繼電保護

0 引 言

當前,出于工作接地、防雷接地、安全接地的目的,在發電廠、變電站區域敷設以水平接地極為主的人工接地網(以下簡稱“主接地網”)已無任何異議,GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規范》、NB/T 35050—2015《水力發電廠接地設計技術導則》[1-2]也對此有了專門的規定,本文不再專門論述。但對于二次系統接地,長期以來僅被當作為了保護電氣設備和人身安全的一般接地技術,由于施工條件不一,各種接地的概念繁多易混淆,各個設計和施工單位對此存在理解偏差,運行單位也未引起足夠重視,二次接地網運行狀況不是很理想。隨著微機繼電保護、綜合自動化系統越來越先進,系統集成度越來越高,對電磁環境的要求也就不斷提高,所以變電站二次系統抗干擾研究愈發重要。

1 等電位接地網的建立

1.1 建立等電位接地網的必要性

多年來的研究表明,可靠的接地是減少對二次設備電磁干擾的有效措施。在發電廠、變電站中,都已敷設了“主接地網”,但由于主接地網的接地體本身存在一定的電阻和電感,要做到主接地網上的各點完全等電位是不可能的。當大電流接地系統發生單相或兩相接地短路時,變電站的主接地網中會流過很大的故障電流,此電流流過接地體時會產生電壓降,使得變電站內各點的地電位有很大差別,同一回路通過電纜連接到廠站不同區域并且有多點接地時,各接地點間地位差就會在連接的電纜芯中產生電流。

等電位接地網將其各點可能產生的電位差降到了最低,保證了接在等電位面上的各二次回路對地絕緣良好,有效地避免了將主接地系統的電位差引入到二次系統干擾二次回路的正常運行。因此在變電站內敷設既獨立又與主接地網緊密聯系的二次系統接地網(即等電位接地網)是十分必要的。相關規程及反事故措施[3- 4]已明確規定220 kV及以上變電站應敷設獨立的二次接地網。

1.2 等電位接地網的敷設

根據規范要求,應在主控室、保護室、敷設二次電纜的溝道、開關站的就地端子箱及保護用結合濾波器等處,使用截面積不小于100 mm2的裸銅排(纜)敷設與主接地網緊密連接的等電位接地網,敷設示意見圖1所示。對于等電位接地網的敷設要求,近年來的一些反事故措施和設計規范[3- 4]要求已經比較具體,在此不再一一敘述。新建廠站在設計、施工階段按照反措要求敷設即可,已經投產但未建立等電位接地網的廠站,可以結合設備檢修,逐步建立覆蓋整個廠站的二次接地系統。

圖1 等電位接地網敷設示意

1.3 關于開關站一次設備本體的等電位網

根據等電位接地網的功能定義,理論上應該敷設從一次設備本體至就地端子箱之間的等電位接地銅排,但由于開關站一次設備眾多、分布較廣,敷設等電位銅排(纜)除了消耗相當數量的銅纜之外,施工難度也極大,故是否隨著控制電纜敷設等電位接地銅排(纜)各個規程規定存在區別。

在《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》(修訂版)中有如此描述：“一次設備本體至就地端子箱之間的二次電纜屏蔽層在就地端子箱處單端使用截面不小于4 mm2多股銅質軟導線可靠連接至等電位接地網的銅排上,在一次設備的接線盒(箱)處不接地”,這也是在開關站一次設備本體處不裝設接地網的一個理論依據。而NB/T 35010—2013《水力發電廠繼電保護設計規范》則刪除了二次電纜屏蔽層“在一次設備的接線盒(箱)處不接地”的描述。由于開關站一次設備與就地端子箱一般位置較近,二次電纜較短且穿過與主接地網連接良好的金屬管,二次電纜屏蔽層在就地端子箱處單端接地時,電纜屏蔽層中沒有電流流過,接地故障時二次電纜承受的電位差即為地電位升高,該電位差直接施加在二次電纜的絕緣上,現階段的二次電纜絕緣的交流耐壓一般都能滿足要求。因此,對于是否在開關站一次設備本體處敷設等電位銅牌,具體可根據工程實際情況而定。

1.4 等電位接地網施工中需要注意的其他幾個問題

(1)繼電保護室、開關站及戶外端子箱等不同地點的接地網,處于同一等電位接地網下時,必須保證不同區域之間的接地網可靠連接,防止兩個接地網只用控制電纜屏蔽層連接,當雷電流或者短路電流注入使得兩部分接地網之間有電位差時,導致屏蔽電纜外皮燒損。

(2)在溝道、電纜夾層內銅排須絕緣敷設,即需要用絕緣瓷瓶來固定接地體。等電位接地體應絕緣敷設,原因是如果等電位接地體不絕緣的話,易造成多點接地,等電位接地體里會有電流流過,或者竄入干擾信號,失去其作用。

(3)銅排連接時需搭接并焊接,搭接截面不小于連接導體的最小截面,保證等電位接地體在各種環境條件下,經過腐蝕、機械損傷、長期經過大電流等長時間的運行考驗,仍能可靠連接。對于專用銅排首尾兩端連接,很多規范和反措都推薦使用放熱焊接法連接,這種連接方法可以有效防止現在通常采用的電焊焊接或螺栓壓接時,容易在銅排連接處容易留下空隙,不能反復承受大電流的沖擊。

2 需要理清的幾個問題

2.1 等電位接地網與主接地網的關系

等電位接地網既與主接地網相對獨立,又密切聯系,若等電位接地網不與主接地網連接,等電位接地網的接地電阻不能滿足設計要求。等電位接地網需獨立敷設且須與主接地網絕緣敷設,同時保護室內的等電位接地網又僅在一點與主接地網連接,二次電纜溝道內的等電位接地網在保護室及開關場的就地端子箱處與主接地網連接。

2.2 等電位接地網與安全接地網的區別

等電位接地是保障繼電保護等二次系統設備可靠運行的接地網,跟安全接地(有些地方也叫保護接地,說法不統一)有區別,安全接地是由于電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構架和線路桿塔等,在絕緣損壞的情況下可能帶電,為防止其危及人身和設備的安全而設置的,GB/T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規范》中對安全(保護)接地有專門的描述：“為電氣安全,將系統、裝置或設備的一點或多點接地”。因此,要將等電位接地與安全(保護)接地區分開來,實際上這里的“安全(保護)接地網”是主接地網的一部分,它跟主接地網不絕緣敷設,而等電位接地網跟主接地網是絕緣敷設的,這是等電位接地網與安全(保護)接地網的主要區別。

理解了安全(保護)與等電位接地的概念,就能在設備運行維護中做到有的放矢。對于已經投運的廠站,如果保證和屏柜、電纜支架緊靠的土建預埋件、基礎剛構件能與主接地網可靠連接,可以不再單獨敷設專門的安全(保護)接地網,但是一定要將安全(保護)接地跟等電位接地區分開來。目前大部分廠站,一般在保護及控制屏、柜、箱的底部都設有兩段接地銅排,其中一段用作等電位接地,用絕緣子固定,連接到等電位接地網；另一段用作安全(保護)接地,直接和屏、柜、箱框架固定,連接到主接地網。

因為保護盤柜內存在兩個接地網,這里就要對柜內設備的各類接地進行區分,一般二次電流、電壓的中性點,電纜屏蔽層,電子裝置的邏輯接地點(與小箱殼體絕緣時)接入等電位接地網；屏柜外殼的帶電部分,電纜的鎧裝層、電纜保護管,電子裝置的邏輯接地點(與小箱殼體連接或浮空時)接到主接地網,即安全接地網。

3 互感器保護接地的運行

電流及電壓互感器二次回路必須有一點接地,其目的是保證人身和二次系統的安全,有觀點認為,該接地點的作用是防止互感器一次、二次發生擊穿將高壓引到二次,因此簡單理解為在互感器正常運行過程中,短時斷開該保護接地是可行的。事實上,在繼電保護設備改造、查找多余接地點時臨時解開互感器的保護接地點可大大提高工作的便利性,但是實際上存在較大的風險。

圖2為互感器引入的二次電壓,假定互感器一次繞組電壓為U1,引入到二次繞組對地電壓為U2,互感器一次、二次繞組間的電容量為Cm,二次繞組其所接回路的對地電容為Cg,則

圖2 互感器引入的二次電壓

U2=Cm/(Cm+Cg)×U1

根據上式可知,若二次回路不接地,Cg的數值不大,相應的U2就可能達到很高的數值,從而危及二次設備及人身安全；如果二次回路上有一點接地,Cg數值將趨于無窮大,U2也就極小,從而保障了二次繞組無高電壓。因此,運行中的互感器保護接地,必須保證其在可靠連接狀態,且不能存在多個接地點,這個應當在互感器現場工作規程中明確規定。

4 總 結

對于二次系統抗干擾,本身就是一個龐大的課題,建立等電位接地網并根據設備性能、特點制定科學的接地方法,是有效保障二次設備可靠運行的基礎。對于變電站二次系統抗干擾的研究,首先必須是由二次系統各設備的生產商完成技術革新,提高二次系統各設備自身的抗干擾能力,同時減少對其他設備的電磁干擾,提高各個設備和系統整體的電磁兼容性；其次是運行單位通過對變電站內部設備的設計、安裝和運行進行合理管理,結合自身設備安裝特點,改進內部設備的設計、安裝和運行條件,減少二次系統電磁干擾,為二次系統的安全運行提供一個適宜的電磁環境。

[1]GB/T 50065—2011 交流電氣裝置的接地設計規范[S]．

[2]NB/T 35050—2015 水力發電廠接地設計技術導則[S]．

[3]中國南方電網有限責任公司.南方電網電力系統繼電保護反事故措施匯編(2014年)[M].北京： 中國電力出版社, 2016．

[4]國家電網公司運維檢修部. 國家電網公司十八項電網重大反事故措施(修訂版)及編制說明[M]. 北京： 中國電力出版社, 2012．

[5]NB/T 35010—2013 水力發電廠繼電保護設計規范[S]．

[6]盧建華, 曹效義, 菅曉清. 變電站內各類接地及其接地網[S]. 電氣技術, 2014(12)： 127- 131．

(責任編輯 焦雪梅)

Discussion on Several Problems of Relay Protection Grounding and Anti-interference

XU Peng

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

With the development of microcomputer relay protection and integrated automation system, the system integration degree is getting higher and higher and the demand on electromagnetic environment is also increasing. Therefore, the anti-interference study for substation secondary system becomes more and more important. Several problems which are easy to be confused are discussed, including the concept and necessity of establishing equipotential grounding grid in plant or substation, the relationship between main grounding grid and safety grounding grid, and laying construction. Based on the operation requirements of secondary system, the operation of transformer grounding and the measures of system anti-interference are analyzed．

equipotential grounding; secondary system; anti-interference; relay protection

2017- 02- 15

徐鵬(1983—),男,貴州興義人,工程師,主要從事水電廠繼電保護設備調試、運行管理工作．

TV738;TM77(267)

B

0559- 9342(2017)04- 0041- 03