變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地技術分析

周建賀

中鐵十四局集團電氣化工程有限公司 山東 濟南 250014

引言

為了合理深化生態(tài)文明建設與環(huán)境保護，有關部門不斷加大清潔能源推廣應用力度，因此電力能源迅速嶄露頭角，成為支持民眾生活和社會生產(chǎn)的基本能源，為了有效滿足社會各個方面不斷提高的電力需求，電力企業(yè)一直在完善電力系統(tǒng)建設，變電站是電力系統(tǒng)接受電能及分配電能的重要樞紐，其運行狀態(tài)直接決定在供電穩(wěn)定性與可靠性，相關工作人員應認識到變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地的重要作用，有效掌握變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地技術，以便保障變電站平穩(wěn)運行。

1 變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地的原因及意義

隨著工業(yè)化和城市化進程的加速，電力需求不斷增長，變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔著電能集輸、調(diào)節(jié)和分配的重要任務。同時，隨著新能源、智能電網(wǎng)、充電樁等新興技術的發(fā)展，變電站電網(wǎng)面臨著由于接入新負荷所帶來的電壓穩(wěn)定性、系統(tǒng)運行可靠性等問題。在這種時代背景下，電網(wǎng)負荷持續(xù)增長，電壓穩(wěn)定性問題越來越突出，對于大型變電站而言，電壓穩(wěn)定控制是非常關鍵的問題。其次，由于電網(wǎng)復雜性增加，安全保護水平也面臨著更高的挑戰(zhàn)，需要采用更智能化的繼電保護系統(tǒng)進行保障。此外，普及充電樁、新能源消納等問題也給變電站帶來了新的挑戰(zhàn)。為此，在系統(tǒng)中實現(xiàn)繼電保護二次系統(tǒng)接地可以有效地保證人身安全和設備安全。當保護設備出現(xiàn)故障時，二次回路接地會迅速切斷電源，防止電流過大引發(fā)火災、爆炸或設備損壞等安全事故。繼電保護系統(tǒng)的二次回路接地可以有效地傳遞保護信號。當電網(wǎng)發(fā)生故障時，保護設備將檢測到故障信號，并通過繼電保護系統(tǒng)的二次回路將信號傳遞到控制室，對故障進行處理。因此，為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行、提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性以及維持電力設備的正常狀態(tài)，變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地及其相關研究有著非常重要的現(xiàn)實意義。

為了提高繼電保護系統(tǒng)的抗干擾素力，應加強對其自身的抗干擾素力研究。具體包括：從電路、線路、電纜等組成部分進行故障分析和診斷，找出容易引起系統(tǒng)干擾或損壞的因素；基于數(shù)學模型、仿真技術等手段對其抗干擾素力進行建模和評估，并針對弱點進行優(yōu)化和改進；加強屏蔽設計和地線布置，采取合理的接地方法和隔離措施提高信號質(zhì)量和穩(wěn)定性；對軟件和算法進行優(yōu)化升級，例如加入自適應濾波器、頻率分析，提高其抗干擾素力和診斷準確率。這些措施可以有效提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，進而保障電網(wǎng)的正常運行。

2 變電站二次系統(tǒng)干擾源

2.1 一次系統(tǒng)

一次設備是變電站二次系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的重要干擾源。為了減小其對系統(tǒng)的影響，可以采取加強一次設備的維護、設置合適的隔離和屏蔽裝置、提高二次設備的抗干擾素力和加強對繼電保護系統(tǒng)的抗干擾素力的研究等措施。通過這些措施的實施，可以有效減小一次設備對變電站二次系統(tǒng)的干擾，保障電力系統(tǒng)的正常運行。

2.2 電氣操作

電氣操作是變電站二次系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的一種重要干擾源。在電氣操作中，例如隔離開關的操作時，由于操作過程中可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，導致系統(tǒng)中出現(xiàn)瞬態(tài)干擾和電磁干擾，這些干擾會對繼電保護系統(tǒng)的運行和保護功能造成影響。

2.3 雷擊

雷擊是變電站二次系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的重要干擾源。為了防范雷擊對系統(tǒng)的影響，可以通過設計合理的防雷裝置和增加二次線路的屏蔽和絕緣等級來提高系統(tǒng)的抗雷擊能力。此外，加強防雷檢查和維護、安裝雷電流監(jiān)測和告警系統(tǒng)，并加強對繼電保護系統(tǒng)的抗雷擊能力的研究，都是有效的措施。通過這些措施的實施，可以有效提高變電站二次系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障電力系統(tǒng)的安全運行。

3 變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地技術內(nèi)容

3.1 電纜屏蔽層接地處理

為了保證變電站二次繼電保護系統(tǒng)接地效果和安全性，需要重點放在二次電纜屏蔽層接地內(nèi)容上。具體流程和應用要點包括選用合適的材料，如銅排、鍍錫銅線，并按照規(guī)范進行敷設和連接，以確保接地電阻足夠小，接地導體尺寸合適，并有效地減少系統(tǒng)的干擾噪聲。同時，在電纜屏蔽層和設備金屬外殼之間，應設置合適的絕緣和屏蔽裝置，避免被漏電和感應干擾等問題。此外，應采取合適的保護措施，如設置過電壓保護、過電流保護、過溫保護等，確保系統(tǒng)在異常情況下能夠及時響應并斷開電源[1]。對于雷擊或短路故障等問題，應制訂合規(guī)有效的控制方案，匹配對應的屏蔽體，并在實際使用中不斷進行檢查和維護，全面減少或阻擋電磁脈沖產(chǎn)生的不良影響。

3.1.1 結合IEC規(guī)定要求，電纜屏蔽過程中，屏蔽層要盡量采取雙端接地處理控制模式。這是因為雙端接地可以有效防止電纜屏蔽層與其他設備之間的電位差，從而避免了干擾和噪聲的產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。此外，雙端接地還可以起到保護作用，一旦其中一個接地出現(xiàn)故障，仍然可以保證系統(tǒng)的工作。在實際應用中，需要注意雙端接地的連接方式和接地電阻的大小，以確保接地的效果和安全性。

3.1.2 在高壓導線周圍敷設二次電纜的過程中，盡量采取屏蔽處理方案。在高壓導線周圍敷設二次電纜的過程中，采取屏蔽處理方式因為高壓導線周圍存在強大的電磁干擾和噪聲，如果不進行屏蔽處理，會對二次電纜信號產(chǎn)生嚴重干擾，從而影響到系統(tǒng)的正常運行。此外，如果二次電纜沒有進行屏蔽處理，還會導致電磁泄漏，引發(fā)安全事故。因此，在敷設二次電纜時，需要采取適當?shù)钠帘未胧詼p小電磁干擾和提高系統(tǒng)的可靠性。

3.2 接地網(wǎng)敷設要求

3.2.1 變電站二次系統(tǒng)要建立等電位接地網(wǎng)。在變電站二次系統(tǒng)接地網(wǎng)的敷設過程中，建立等電位接地網(wǎng)是至關重要的。為了實現(xiàn)等電位接地網(wǎng)，需要確保二次系統(tǒng)內(nèi)各個設備的接地線路直接連接到等電位接地網(wǎng)上、選用良好的導體材料、盡可能短、設置合適的絕緣和屏蔽裝置，并按照規(guī)范進行接地[2]。這些措施有助于降低系統(tǒng)的接地電阻，提高系統(tǒng)的抗干擾素力，保障設備和人員的安全，同時也符合相應的標準。對于室內(nèi)變電站二次系統(tǒng)的等電位接地網(wǎng)，需要將不同設備的接地線路通過良好的導體連接在一起，形成一個共同的接地點。此時，應該盡量集中接地線路，并將其安裝在電纜室或電纜溝內(nèi)。這樣可以使接地線路更加簡潔和緊湊，避免過長的接地線路對系統(tǒng)的影響。

3.2.2 戶外端子箱位置要配置等電位接地模式。在戶外變電站中，為了確保系統(tǒng)的安全可靠性，端子箱的位置需要考慮等電位接地的模式。通常情況下，端子箱應當互相連接，形成一個共同的等電位接地網(wǎng)，這樣可以有效降低接地電阻，提高系統(tǒng)的抗干擾素力和安全性。

3.2.3 室內(nèi)保護柜要設置等電位接地系統(tǒng)。在室內(nèi)變電站中，為了保證設備的安全運行和維護，需要為保護柜設置等電位接地系統(tǒng)。等電位接地系統(tǒng)的作用是將不同設備的接地線路通過良好的導體連接在一起，形成一個共同的接地點，從而降低接地電阻，提高系統(tǒng)的抗干擾素力和安全性[3]。在設定室內(nèi)保護柜的等電位接地系統(tǒng)時，應該按照以下要求進行設計和敷設：首先，需要選擇合適的導體材料進行接地線路敷設，如銅排、鍍錫銅線等，確保接地電阻足夠小，并且具有良好的導電性。

3.2.4 要在二次電纜和相關設備應用位置進行等電位接地處理。對于主控室的二次電纜聯(lián)動以及雙端接地處理方式，一般采用以下兩種等電位接地處理方式：直接接地法：即直接將電纜屏蔽層等導體通過良好的導體連接在一起，形成一個共同的等電位接地點，以達到降低接地電阻、提高系統(tǒng)抗干擾素力和安全性等目的。感應式接地法：即在電纜屏蔽層和設備金屬外殼之間安裝感應式接地線圈，在漏電時形成一個感應電流回路，以達到接地保護的目的。

3.2.5 交流二次回路要設置等電位接地模式，等電位接地模式是在系統(tǒng)的二次回路中，將所有的接地點通過良好的導體連接在一起，形成一個共同的等電位接地點，以降低接地電阻、提高系統(tǒng)的抗干擾素力和安全性等目的[4]。在進行等電位接地模式設置時，需要注意以下幾個方面：選擇合適的導體材料，如銅排、鍍錫銅線等，確保接地電阻足夠小，并且具有良好的導電性；將二次回路中所有接地點通過壓接或焊接等方式連接在一起，實現(xiàn)集中接地。

4 案例分析

2020年，天富能源所轄的110kV泉水地輸變電工程中變電站遭遇雷擊事件，以下是該事件的情況匯報。電站位于開闊地形，配有一條110kV輸電線路、一條35kV輸電線路以及兩條10kV輸電線路。7月9日清晨6時40分，主控房直流屏幕與后臺語音報警系統(tǒng)同時報警，隨后監(jiān)視屏幕冒出濃煙。技術人員檢查設備后發(fā)現(xiàn)部分設備已燒毀。事故發(fā)生期間正下雨并伴有雷電活動，10kVB相避雷器損壞。1#站用變壓器B相高壓保險絲熔斷，1#站用變壓器高壓側及低壓側遙測絕緣正常。該變電站二次系統(tǒng)安裝了一至三級的電源防雷裝置以及部分信號防雷裝置。電源防雷裝置未出現(xiàn)損壞。信號系統(tǒng)設備和接口完好，未見損壞。

4.1 設備損壞情況

交流配電盤上用于顯示電流的電流表毀壞一只，未見到燒毀物。其交流供電端子和采集電流的電流互感器接線端子均燒焦，這表明過電流導致過熱損毀了互感器，從而損壞了電流表。

直流充電機兩路交流供電切換用的交流接觸器毀壞一只，具體毀壞部位為線圈，未見到燒毀物。線圈部位的塑殼燒毀，這很可能是由于線圈長時間受到過電壓造成的過熱導致，而不是瞬時的雷電過電壓。雷電過電壓持續(xù)時間為微秒級，難以造成塑殼燒毀。

后臺計算機主機電源和五防計算機主機電源各一臺，雖未見到燒毀物但正在運行，這表明其電源系統(tǒng)受到一定影響。

10kV和35kV開關柜上的操控顯示裝置共20多臺燒毀，未見到燒毀物，據(jù)稱已返廠維修。10kV開關柜上的已更換，35kV開關柜上僅卸下兩只。這表明高壓開關設備也受到不同程度的影響。

4.2 故障問題分析及建議

該事故損壞主要集中在400V和220V低壓設備上，范圍從主控房到35kV和10kV開關室。根據(jù)設備燒毀情況、位置和電源供給情況的判斷，這些設備損壞并非直接由于雷擊過電壓或雷電波侵入造成。具體分析顯示，此次事故是由于10kVB相線路遭受雷擊，導致避雷器泄流后損壞且無法復位。這種損壞導致雷電流持續(xù)流經(jīng)避雷器，無法斷開。此次事故的原因是10kVB相線路遭遇雷擊后，避雷器損壞未能斷開，導致短路電流流經(jīng)地網(wǎng)，使全站低壓系統(tǒng)中的電壓升高并超過了設備絕緣電壓，從而造成低壓設備損壞和全面故障。因此，建議加強低壓系統(tǒng)的防雷和過電壓保護，檢查避雷器的性能，以減少此類事故的發(fā)生，并更好地確保電力系統(tǒng)的安全運行。

5 結束語

伴隨社會經(jīng)濟建設的不斷推進，人民生活發(fā)生了翻天覆地的變化，越來越多的電子產(chǎn)品和電氣設備參與到群眾生活，促使民眾的電力依賴越來越強烈，故而對電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性提出更高要求，由于變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地可以發(fā)揮保障變電站內(nèi)部設備安全穩(wěn)定運行等積極作用，開展相關工作人員應繼續(xù)深化變電站繼電保護二次系統(tǒng)接地技術研究。