一起二次等電位接地網(wǎng)不規(guī)范引起保護(hù)誤動事件分析

國投云南大朝山水電有限公司 鄧文濤

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，系統(tǒng)的短路容量越來越大，注入主接地網(wǎng)的短路電流也越來越大，大電流將在主接地網(wǎng)上產(chǎn)生電壓差。如果二次系統(tǒng)接地點直接接入主接地網(wǎng)，會將主接地網(wǎng)中不平衡電壓引入二次系統(tǒng)，可能導(dǎo)致二次設(shè)備異常或勿動。為了消除主接地網(wǎng)電壓不平衡對二次系統(tǒng)的影響，需要在電廠或變電站內(nèi)敷設(shè)二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)。

1 事件概述

2016年某日，某發(fā)電廠1號主變保護(hù)B套高廠變差動保護(hù)動作，跳發(fā)電機(jī)出口斷路器801，同時啟動1號主變高壓電纜保護(hù)B套，遠(yuǎn)跳500kV第一串5012、5013斷路器。

圖一 1號發(fā)變組接線簡圖

圖一為該電廠1號發(fā)變組接線簡圖。事故發(fā)生前運(yùn)行狀態(tài)為：500kV第一串合環(huán)運(yùn)行； 1號發(fā)電機(jī)處于停機(jī)熱備用狀態(tài)，機(jī)組出口斷路器801斷開，1號主變（1B）高壓側(cè)隔離開關(guān)50136處于合位；10kV廠用電IM進(jìn)線開關(guān)091斷開，1號廠高變（1GCB）空載運(yùn)行。

當(dāng)晚，電廠繼電保護(hù)專業(yè)人員正在進(jìn)行10kV開關(guān)091斷路器保護(hù)裝置（國電南自NAS-921）CPU插件與交流采集插件更換工作。工作完成后，專業(yè)人員開始拆除試驗儀器接線，恢復(fù)安全措施。在恢復(fù)安全措施過程中，專業(yè)人員接到運(yùn)行人員通知“1號主變B套保護(hù)裝置高廠變差動動作，啟動1號主變高壓電纜B套保護(hù)遠(yuǎn)跳出口，1號主變高壓電纜B套保護(hù)動作跳開5012及5013開關(guān)”。

2 原因分析

調(diào)取1號主變B套保護(hù)裝置動作波形，高廠變A、C相差流為0，B相差流最大達(dá)到0.342Ie（Ie為高廠變額定二次電流），大于高廠變差動保護(hù)定值（高廠變差動保護(hù)定值為0.3Ie）。差流由高廠變低壓側(cè)B相產(chǎn)生。1號主變B套保護(hù)裝置高廠變差動動作后，出口跳801開關(guān)，同時啟動1號主變高壓電纜B套保護(hù)遠(yuǎn)跳出口，1號主變高壓電纜B套保護(hù)動作跳開5012及5013開關(guān)。

檢查一次設(shè)備無異常，檢查1號主變B套高廠變保護(hù)裝置正常采樣及動作邏輯正常，檢查高廠變差動保護(hù)電流回路正常。經(jīng)調(diào)度許可，將5012、 5013斷路器、1號主變、1號高廠變復(fù)電。1號發(fā)電機(jī)開機(jī)并網(wǎng)后檢查1號主變B套保護(hù)裝置采樣及差流情況，1號高廠變各側(cè)電流均采樣正常，均無差流。

通過以上分析，可以排除一次設(shè)備、保護(hù)裝置及電流二次回路故障原因。分析1號主變B套高廠變差動保護(hù)低壓側(cè)電流回路，電流回路接線圖如圖二所示。

圖二 B套高廠變差動保護(hù)低壓側(cè)電流回路圖

由圖可知，高廠變低壓側(cè)電流先進(jìn)入10kV 091斷路器保護(hù)裝置NAS-921，后進(jìn)入弧光保護(hù)裝置VAMP221，再進(jìn)入備自投裝置NAS-923T，最后進(jìn)入1號機(jī)組B套主變保護(hù)柜。圖二中虛線框內(nèi)的設(shè)備都在10kV 斷路器091開關(guān)柜內(nèi)。

本次工作中，工作人員布置安全措施為：短接D13、D14、D15、D16、D17、D18端子排進(jìn)線側(cè)接線，并用臨時接地線將短接端子排接地，確保CT有接地點；劃開D13、D14、D15、D16、D17、D18端子排；解脫091斷路器保護(hù)裝置NAS-921背板端子107、108、109、119、120、121上接 線A421、B421、C421、A422、B422、C422，并用絕緣膠布包好。安措圖如圖三所示。紅色部分標(biāo)示該連片劃開。

圖三 安全措施布置圖

本次跳閘發(fā)生在工作人員恢復(fù)091斷路器保護(hù)裝置NAS-921背板電流端子接線過程中。通過分析圖三（安全措施布置圖），如果在恢復(fù)NAS-921保護(hù)裝置120端子接線B422回路接線時，B422電纜端子碰到保護(hù)裝置外殼，由于NAS-921保護(hù)裝置通過215端子接地，將會形成一個電流回路通路，如圖四所示。

圖四中，如果在恢復(fù)B422電纜接線時，端子碰到NAS-921保護(hù)裝置外殼，將會通過該裝置接地點215端子與主變保護(hù)柜接地點形成回路，如圖四中紅色線所標(biāo)記回路。

圖四 故障電流通路圖

該電廠1號主變保護(hù)柜CT接地點接在主廠房二次等電位接地網(wǎng)上。10kV 091斷路器開關(guān)柜位于10kV配電室，該配電室內(nèi)沒有專用二次等電位接地網(wǎng)，二次設(shè)備接地點直接與主接地網(wǎng)連接。1號主變保護(hù)B柜與091斷路器開關(guān)柜在二次電纜橋架方向距離約200米。由于兩個盤柜距離較遠(yuǎn)，并且不在同一個二次等電位接地網(wǎng)上，圖四中兩個接地點之間存在電位差，導(dǎo)致回路上產(chǎn)生電流，該電流大于差動保護(hù)動作電流，導(dǎo)致保護(hù)誤動跳閘。

為了驗證以上結(jié)論的正確性，工作人員從1號主變保護(hù)B柜內(nèi)CT接地銅牌處敷設(shè)一根2.5平方單芯銅線至10kV 091斷路器開關(guān)柜。用萬用表測量1號主變保護(hù)B柜內(nèi)接地點與091斷路器開關(guān)柜接地點間的電位差為71.9mV，與091斷路器保護(hù)裝置NAS-921外殼間的電位差為73.5mV。用萬用表測量該2.5平方單芯銅線電阻為0.289Ω。

計算回路間電流大小：

高廠變（1GCB）容量為4800VA，低壓側(cè)CT變比為500/1，則主變低壓側(cè)額定電流為：

1號主變B套高廠變差動保護(hù)動作時低壓側(cè)電流大小為0.342Ie，折算為實際二次電流為：

由以上計算可知I1電流大于動作電流ID。由于上述計算I1時沒有考慮NAS-921保護(hù)裝置、弧光保護(hù)裝置及主變保護(hù)裝置電阻，且實際二次電流回路所用電纜為4平方銅線，加上測量誤差，保護(hù)裝置動作時二次回路上電阻會略大于0.289Ω，所以保護(hù)動作時的電流為0.18A。

通過上述分析可知，本次事故的原因為：工作人員在恢復(fù)B422電纜接線時誤碰到091斷路器NAS-921保護(hù)裝置外殼，由于1號主變保護(hù)B套盤柜CT接地點與091斷路器開關(guān)柜二次接地點間存在點位差，該回路形成電流，導(dǎo)致1號主變保護(hù)B套高廠變差動保護(hù)誤動。

3 二次等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)

本次事故的直接原因是恢復(fù)電流回路接線時碰到裝置外殼，深層次原因是主廠房二次等電位接地網(wǎng)未延伸至10kV開關(guān)柜配電室，沒有形成一個總的二次等電位接地網(wǎng)。《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（2012修訂版）、國家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義》以及南方電網(wǎng)公司《南方電網(wǎng)電廠涉網(wǎng)保護(hù)安全檢查作業(yè)表單（V1版）》都對二次等電位接地網(wǎng)做了詳細(xì)說明。由于各單位理解上的差別，加上電廠復(fù)雜的系統(tǒng)，導(dǎo)致目前很多電廠在執(zhí)行二次等電位接地網(wǎng)過程中有很多不相同的地方，敷設(shè)方式多種多樣。以下結(jié)合有關(guān)反措和規(guī)范中關(guān)于等電位接地網(wǎng)的理解和其它單位及我廠的實際做法，闡述對水力發(fā)電廠等電位接地網(wǎng)敷設(shè)應(yīng)該遵循的原則和需要注意的問題。

3.1 等電位接地網(wǎng)敷設(shè)總原則

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（2012修訂版）、國家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義》以及《南方電網(wǎng)電廠涉網(wǎng)保護(hù)安全檢查作業(yè)表單（V1版）》中有關(guān)規(guī)定，在主控室、保護(hù)室、配電室、敷設(shè)二次電纜的溝道、開關(guān)場的就地端子箱及保護(hù)用結(jié)合濾波器等處，應(yīng)使用截面不小于100 平方毫米的裸銅排（纜）敷設(shè)與主接地網(wǎng)緊密連接的等電位接地網(wǎng)。對于水力發(fā)電廠，由于系統(tǒng)復(fù)雜，布置各異，需要按照不同區(qū)域敷設(shè)等電位接地網(wǎng)。

室內(nèi)二次等電位網(wǎng)，如保護(hù)室、控制室、配電室內(nèi)，應(yīng)在屏柜下層的電纜橋架上按照屏柜的布置方向敷設(shè)100 平方毫米的專用銅牌，銅牌不能直接固定在電纜橋架上，應(yīng)用絕緣子將銅牌與電纜橋架隔離。將該專用銅牌的首尾兩端用放熱焊接法連接好，形成 “目”字型閉環(huán)回路，構(gòu)成保護(hù)室、控制室、配電室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)。在“目”字型等電位接地網(wǎng)四個角處分別用截面不小于50 平方毫米銅纜（或銅牌）引至電纜豎井處主接地網(wǎng)，用螺栓將這四根銅纜（或銅牌）在一點處與電纜豎井處主接地網(wǎng)可靠連接。發(fā)電機(jī)層，有些電廠有專門的發(fā)電機(jī)小室，這樣布置的結(jié)構(gòu)可以參考保護(hù)室、控制室等電位接地網(wǎng)敷設(shè)方法。有些電廠發(fā)電機(jī)層盤柜布置在發(fā)電機(jī)一側(cè)，呈“一”字布置，可以在盤柜下層的電纜橋架上按照盤柜布置方向敷設(shè)100 平方毫米的專用銅牌，銅牌用絕緣子與電纜橋架隔離。若保護(hù)室、控制室、配電室和發(fā)電機(jī)層不在同一個高層，有些可能距離很遠(yuǎn)，比如地下廠房式水電站，發(fā)電機(jī)層和保護(hù)室距離一般都較遠(yuǎn)。為了將地下廠房區(qū)域二次等電位接地網(wǎng)與地上部分室內(nèi)二次等電位接地網(wǎng)相連，需要通過100 平方毫米銅纜將地下廠房二次等電位接地網(wǎng)延伸至地上部分二次等電位接地網(wǎng)，在保護(hù)室內(nèi)電纜豎井處主接地網(wǎng)一點接地。

室外等電位接地網(wǎng)，主要指開關(guān)站GIS現(xiàn)地匯控柜，應(yīng)按照現(xiàn)地匯控柜布置方向敷設(shè)100 平方毫米的專用銅牌，銅牌用絕緣子與電纜橋架隔離。同時，該等電位接地網(wǎng)也需要延伸至保護(hù)室內(nèi)電纜豎井處主接地網(wǎng)一點接地。這樣就構(gòu)成了整個廠房的二次等電位接地網(wǎng)。

3.2 保護(hù)盤柜、控制盤柜及端子箱與二次等電位接地網(wǎng)連接方式

保護(hù)、通信、調(diào)速、勵磁、監(jiān)控系統(tǒng)等盤柜內(nèi)底部應(yīng)設(shè)置兩根截面為100 平方毫米銅牌，其中一根和屏柜直接連接，另外一根用絕緣子與屏柜隔離。由于固定盤柜的槽鋼直接與主接地網(wǎng)相連，與屏柜直接連接的銅牌上壓接柜內(nèi)裝置接地線，可以保證設(shè)備外殼與主接地網(wǎng)可靠連接。柜內(nèi)CT接地點、控制電纜屏蔽層、通信電纜屏蔽層、同軸電纜屏蔽層等接地點均用4 平方毫米多股黃綠相間接地線與柜內(nèi)通過絕緣子隔離的銅牌可靠壓接，該銅牌在通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網(wǎng)可靠連接。

GIS現(xiàn)地匯控柜內(nèi)部應(yīng)設(shè)置一根截面為100 平方毫米銅牌，所有控制電纜的屏蔽層及柜內(nèi)設(shè)備的接地點均接在此銅牌上，該銅牌在通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網(wǎng)可靠連接。GIS現(xiàn)地PT轉(zhuǎn)接柜內(nèi)部應(yīng)設(shè)置兩根截面為100 平方毫米銅牌，其中一根和屏柜直接連接，另外一根用絕緣子與屏柜隔離。各PT二次回路N線統(tǒng)一在PT轉(zhuǎn)接柜內(nèi)分別用4 平方毫米多股黃綠相間接地線與屏柜絕緣的銅牌可靠連接，該銅牌通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網(wǎng)可靠連接。

對于有多個PT轉(zhuǎn)接柜的情況，需要用100 平方毫米多股銅纜將各個PT轉(zhuǎn)接柜帶絕緣的銅牌連接，最終在其中一個盤柜內(nèi)通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網(wǎng)可靠連接，確保N600接地點只有一個。

對于發(fā)電機(jī)來講，每臺機(jī)組布置相對獨立，機(jī)組CT、PT端子箱也相對獨立。CT、PT端子箱內(nèi)應(yīng)布置兩根截面為100 平方毫米銅牌，其中一根和端子箱直接連接，另外一根用絕緣子與端子箱隔離。CT、PT的N線與帶絕緣子的銅牌可靠連接，該銅牌通過50 平方毫米多股銅纜與發(fā)電機(jī)層等電位接地網(wǎng)可靠連接。其它端子箱內(nèi)只需布置一根截面為100 平方毫米銅牌，端子箱本體接地線及控制電纜屏蔽層接地線均接在此銅牌上，該銅牌在通過50 平方毫米多股銅纜與端子箱區(qū)域二次等電位接地網(wǎng)可靠連接。

3.3 二次等電位接地網(wǎng)敷設(shè)存在的問題

目前，按照相關(guān)文件及反措要求，各單位都建立了二次等電位接地網(wǎng)。由于各單位對文件及反措理解的不同，有些細(xì)節(jié)文件及反措中也未明確說明，各單位在執(zhí)行過程中存在各種情況。但比較普遍且容易出問題的應(yīng)該有以下幾個：

各區(qū)域間二次等電位接地網(wǎng)未連接起來，組成一個完整的二次等電位接地網(wǎng)。

各區(qū)域間二次等電位接地網(wǎng)已連接，但與主接地網(wǎng)接地點設(shè)置不對。很多在各自區(qū)域內(nèi)將二次等電位接地網(wǎng)與該區(qū)域主接地網(wǎng)直接相連，這樣會將主接地網(wǎng)的電壓差引入二次等電位接地網(wǎng)，造成二次等電位接地網(wǎng)電位不同。二次等電位接地網(wǎng)最重要的一點就是整個二次等電位接地網(wǎng)只能在一點處與主接地網(wǎng)連接，各區(qū)域二次等電位接地網(wǎng)都需通過銅纜將接地點延伸至一個位置與主網(wǎng)一點接地。

盤柜內(nèi)接地點接法各不相同。保護(hù)盤柜、通信盤柜、控制盤柜內(nèi)有兩根接地銅牌，一根與盤柜絕緣，一根與盤柜直接連接。CT接地點、控制電纜屏蔽層、通信電纜屏蔽層必須接在絕緣銅牌上，絕緣銅牌通過50 平方毫米多股銅纜與二次等電位接地網(wǎng)可靠連接。實際執(zhí)行中，很多單位沒有按照此要求執(zhí)行，比如控制電纜屏蔽層接在與盤柜直接相連的銅牌上等隨意接地情況。

4 結(jié)語

二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)可以有效降低主接地網(wǎng)內(nèi)不平衡電壓引入二次系統(tǒng)內(nèi)，防止二次系統(tǒng)由于不平衡電壓所引起的事故。各單位應(yīng)高度重視二次等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)，在執(zhí)行過程中嚴(yán)格參照有關(guān)規(guī)范和反措執(zhí)行。