二次设备接地

二次设备接地（共8篇）

二次设备接地 篇1

0 引言

发电厂、变电站良好的接地是电力系统安全运行的根本保证,它是防雷接地、保护接地和工作接地三者的统一[1]。在《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中明确要求:防止接地网事故,做好接地网的设计、施工、验收工作。鉴于接地的重要性,《反事故措施》具体要求:各设备与主接地网应可靠连接,严禁设备失地运行;对扩建的接地网与原地网应多点连接,防止接地网地电位升高造成设备损坏[2]。本文以发生在一个110 kV变电站因接地不良引起的二次设备严重烧毁事故为实例,借此阐明接地的重要性。

1 事故概述

某工厂110 kV中心变主要负责负荷的调度分配,在2008年新增了#3主变(110 kV/35 kV)进行扩容,自2008年4月份#3主变正式投运至2009年4月份,110 kV进线共发生3次单相接地故障,与此同时新增#3主变保护柜内相继发生3次低压侧后备保护装置严重烧毁事故,并造成巨大的经济损失。

(1)2008年5月26日,110 kV进线发生单相接地故障,同时#3主变低压侧后备保护装置严重烧毁,后备保护电流端子严重烧毁,操作回路插件422端子,425端子,TWJ回路严重烧毁,在靠近电流端子与425端子区域保护箱体严重烧熔,装置内部插件严重粘连。

(2)2008年6月9日,110 kV进线再次发生单相接地故障,#3主变低压侧后备保护装置被严重烧毁,烧毁现象与第一次基本一致。

(3)2009年4月21日,110 kV进线发生单相接地故障,#3主变低压侧后备保护装置被严重烧毁,烧毁现象与前两次基本一致。并在保护柜右下方有一处较大面积的放电现象,电缆桥架有8处放电现象。

2 二次回路及接地网检查

2.1 操作回路与断路器本体的检查

#3主变低压侧断路器为SF6断路器,弹簧储能式,防跳回路由保护装置提供。从保护装置操作回路引至断路器本体端子箱只有101回路、102回路、107回路、137回路。操作回路原理图如图1所示。

(1)检查保护装置的工作电源和控制电源回路

检查发现正极对负极电压232 V、正极对地电压+230 V、负极对地电压-2.0 V,检查结果表明直流系统的负极为金属性接地。在保护柜内拆除从断路器本体端子箱接入的101回路、102回路、107回路、137回路,检查结果仍为负极接地。断开接入保护柜内的直流电源,检查柜内电源回路的对地电阻,均为无穷大,保护柜内电源回路无接地现象。在直流屏中断开至#3主变保护柜的直流电源,检查直流系统的母线,发现整个变电站的直流均是负极接地。经变电站检修人员确认,该变电站负极接地运行已经很长时间,由于运行设备无法断电,直流系统母线负极接地故障无法排除。直流系统的负极接地为变电站的安全运行埋下了隐患,负极接地易造成断路器的拒动或误动。

(2)检查电缆绝缘

为防止操作回路电缆发生接地现象,将保护屏与断路器本体端子箱连接的101回路、102回路、107回路、137回路在两端分别解开,使用500 V摇表检查4个回路对地绝缘电阻均为无穷大,符合安全要求,表明电缆绝缘状况良好。

(3)检查断路器本体端子箱中的回路绝缘

拆开与保护装置连接的4个回路,当断路器在合闸状态时,使用万用表检查结果如下:101回路对地电阻无穷大,102回路对地电阻无穷大,107回路对地电阻有6.68 kΩ,137回路对地电阻无穷大。进一步检查107回路,发现在107回路中接有1根标有KL3-12的接线,量KL3-12的对地电阻为6.68 kΩ,拆除KL3-12的接线,测量107回路对地电阻为无穷大。查阅断路器本体端子箱设计图纸KL3应为防跳闭锁继电器,但该回路已经取消,端子排上标有KL3-A1,KL3-A2的KL3继电器线圈没有接线。与KL3相关的回路和接线纯属多余。

(4)其他回路的检查

在检查断路器本体操作回路的过程中,SF6压力闭锁信号,弹簧储能信号本应该提供无源接点接入变压器测控装置,但安装接线人员却将这些信号的公共端连接在断路器本体操作回路的正电源上,这样做使断路器在检修时无法断开操作回路的电源。

同时发现保护装置与断路器本体端子箱连接的同一根控制电缆中,同时混有交流回路和直流回路,并在直流回路中感应出50~120 V交流电压。违反《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中的:交流电流和交流电压回路、交流和直流回路、强电和弱电回路,以及来自开关场电压互感器二次的四根引入线和电压互感器开口三角绕组的两根引入线均应使用各自独立的电缆的原则[2]。

2.2 保护装置电流回路检查

主变低压侧两组CT分别接保护装置的后备保护电流输入端和测量电流输入端,如图2所示。在110 kV线路发生3次单相接地故障时,总是后备保护电流端子严重烧毁,测量电流端子正常。仔细观察被烧毁的后备保护电流端子,发现都是非极性端I′a,I′b,I′c烧毁严重,在与I′a,I′b,I′c较近的机箱箱体出现烧熔的现象。进一步检查两个CT回路,发现在断路器本体端子箱中后备保护CT是在主变端子箱接地,而测量CT整个回路既没有在断路器本体端子箱接地也没有在保护柜内接地。

2.3 变电站接地网的情况

考虑到保护装置的烧毁事故相继发生在110 k V线路单相接地故障之后,断路器本体端子箱中107回路有经6.68 kΩ接地的现象,保护CT与测量CT由于接地回路不同引起的不同结果,以及保护柜内和电缆桥架的放电现象,初步判断导致保护装置烧毁的原因将与外部地网的高电压存在一定的联系。

在测量主控室接地电阻、变压器中性点接地电阻、变压器低压侧二次回路接地电阻时发现三者接地电阻值相差很大;初步判断变压器中性点接地、变压器低压侧二次回路接地可能与站地网断开。后经过开挖接地网证实,新增#3主变地网与站地网存在脱焊(断裂)情况,使#3主变地网与站地网分离,形成两个独立的地网。当外部发生单相接地故障时,两个独立的地网端口上将有很高的零序电压,如果这个零序电压施加到二次设备上,将会使二次设备遭受到高电压的击毁和大电流的烧毁。

3 故障分析及处理

3.1 操作回路烧毁的原因分析

由图1可知:当断路器在合闸状态时,合闸线圈HQ前的断路器辅助常闭触点在断开状态,YLJ-1触点接通,426与417正电源接通,422与425短接。由于直流系统负极发生接地故障,断路器本体端子箱中107回路有经6.68 kΩ电阻接地的现象。综合上述情况作出等效图如图3所示。

由于#3主变地网与站地网不相连,形成两个独立的地网,保护箱柜是接站地网,#3主变及操作机构是接到了#3主变地网,且107回路在断路器本体端子箱中有经6.68 kΩ电阻接#3主变地网的现象,当110 kV发生接地故障时,两地网间将有很高的零序电压,并通过107回路引接入到保护箱的422端子、425端子、TWJ回路,使保护装置操作回路遭到高电压的击毁,进而形成短路,产生大电流烧穿的现象。

3.2 交流回路烧毁的原因分析

由于保护装置保护CT的N相是接#3主变地网,保护箱柜是接站地网,当110 kV发生接地故障时,两个独立的地网端口上将有很高的零序电压,并引接到保护箱的电流端子,使电流端子遭到高电压的击毁,进而形成短路,产生大电流烧穿的现象。而测量CT由于没有接#3主变地网,不能将地网的高电压引入电流回路,所以没有发生烧毁事故。因此每次发生接地故障时都是保护CT回路被烧毁,测量CT回路完好,如图2所示。

3.3 解决措施

通过对保护装置相关回路的检查和分析,以及保护装置烧坏原因的分析,采用下列措施予以解决:

(1)将#3主变地网与站地网进行连接,由原来的单根连接改为多根不同点连接,保证接地的可靠性。

(2)解除断路器本体操作箱合闸回路107的接地,将KL3-12接线解除,使107回路对地电阻为无穷大。

(3)解除断路器本体操作箱中的不必要的连线,将SF6压力闭锁信号,弹簧储能信号的公共端与断路器的控制电源连线解开;SF6压力闭锁信号,弹簧储能信号提供无源接点,开入电源由测控装置开入回路提供。

(4)对交流回路与直流回路混用同一根控制电缆的错误现象加以改进,应敷设独立的电缆供交流回路使用,交流回路与直流回路使用各自独立的电缆。

(5)将测量CT回路,保护CT回路的接地,改接在保护柜内接地,不在端子箱接地。

(6)由于直流系统的负极有接地的现象,对安全运行埋下隐患,应予尽快消除,使直流系统恢复正常。

4 结论

由于接地网作为隐蔽工程长期深埋地下,容易被人忽视,不能对其进行有效监控。当接地网出现断裂,脱焊等隐患时,容易出现接地网解裂运行,如果发生接地故障,将会危及二次设备和人身安全。在我国,因接地不良引起的二次设备烧毁事故屡有发生,接地问题已经越来越受到重视。如何及时有效地发现接地网的缺陷,已经成为电力系统研究的一个主要方向。

摘要：结合一起主变保护装置严重烧毁事故,对接地的重要性进行阐述。从事故现象入手,对断路器操作回路、保护装置电流回路、变电站接地网等进行细致的检查。综合分析上述回路和接地网出现的异常现象,经现场确认,得出结论:接地网出现脱焊造成主变地网与站地网解列运行,是导致二次设备严重烧毁的直接原因。

关键词：(接)地网,接地,回路,保护装置,烧毁

参考文献

[1]何金良,曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学技术出版社,2007.HE Jin-liang,ZENG Rong.The grounding technology of electric system[M].Beijing:Science&Technology Press,2007.

[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[Z].2005.State Electric Power Dispatch and Communication Center.18State Grid Corporation of major anti-accident measures[Z].2005.

[3]DL/T621—1997交流电气装置的接地[S].DL/T621—1997the grounding for AC electrical installations[S].

二次设备接地 篇2

工作接地是常用的技术之一，主要通过接地来进一步保证设备正常工作，确保基准电位的供应。

基准点位处于“0”位时，多以点状或块状分布为主，电磁场对其影响较大。

如果基准电位接地，则大地呈现零电位状态，这时，基准电位就不受磁场影响，所以说，只有通过科学合理工作接地操作，才能有效实现功能作用，保护设备运行不受外部环境的干扰。

3.2 等电位连接

等电位接地主要针对带电线路中两个没有阻值的电压差点而定的，针对等电位进行接连，形成保护效果。

在广播发射各个设备之间存在电位差，电位差产生的电流，极容易导致人身伤害，对设备也会产生影响，不利于设备稳定运行，危险性较多，只有通过有效果的方式，才能全面避免这类危险的发生，等电位连接就起到保护作用。

等电位连接操作时，可以通过就近等电位网络设备连接，避免出现电位差的情况，比如电涌保护器连接时，就需要使接地端和通电设备接在一起，使金属外壳能够相互联系，全面保证设备稳定运行，使电位差对设备的影响降至最低。

3.3 保护接地

保护接地是对设备保护的一种重要方法，主要目标是防止配电设备金属外壳、构架及电线杆塔产生的电流对设备造成的危险，通过保护性接地的实施，能够保护设备与人身安全。

广播发射设备如果不进行良好的保护接地，设备就不会产生绝缘现象，直接出现线碰问题，对设备造成一定的损坏，一些没有受保护的设备则处于带电状态，意外接触，则会造成人体触电危险。

为了有效避免意外伤害，则需要对设备进行接地保护，这样，即使设备发生漏电或短路，出现漏电电流，也不会对人体造成伤害，因为如果出现短路电流，断路器或漏电断路器就会自生动作形成脱扣处理，而线路电源就会在快速反应中自行分析并快速切断，使设备或人身不受任何漏电威胁，达到良好的保护目的。

3.4 屏蔽接地

屏蔽接地的目的主要是防止电磁干扰，通过接地实现干扰源金属外壳与屏蔽体永久电气连接，实现安全保障。

屏蔽接地分为静电屏蔽和交变电场屏蔽两种，要根据不同的设备进行操作。

屏蔽体整体包围带电导体以后，屏蔽体内侧就会通过感应，对不同带电导体异种电荷做出快速反应。

交变电场屏蔽能够有效减少交变电场给设涿舾械缏反来的耦合电压干扰，金属屏蔽体接地能够使干扰源和敏感电路进行隔离，实现电路正常运行。

变电站二次设备接地的施工探讨 篇3

在变电站二次设备施工过程中, 为保障相关施工人员的人身安全, 会在施工场所进行一定范围的接地网覆盖布置工作, 二次设备的相关接地都要求与该地网相连接。通常, 电力系统出现的许多重大事故均与变电站内的二次设备接地有着密切的联系[1], 因此对变电站二次设备中相关的屏、箱、柜的接地做法进行规范, 同时对相关的电缆屏蔽接地做法进行有效控制, 促使保护系统的屏、箱、柜的接地符合要求, 可提高变电站二次设备的抗干扰能力, 降低其产生异常状况的机率, 保障变电站内相关二次回路的安全可靠性。

1 变电站二次设备接地的施工方法概述

目前, 变电站二次设备接地主要采用浮地式的施工方法、多点式的施工方法及单点式的施工方法。

(1) 浮地式的施工方法是将相关的电路和设备与站内相应的公共导线以一定的距离进行隔开, 进而有效控制因接地线存在的短路、环流等问题而引发的不良影响, 一般在该电路的地与大地无导体连接时使用。但是, 浮地式的施工方法中相关的设备和大地之间保有距离, 使得变电站内会出现静电积累, 电荷长期积累产生的庞大电流会引发静电击穿, 造成巨大破坏, 所以利用浮地式的施工方法进行变电站二次设备的接地施工作业时, 要配置相应的泄放电阻, 以便有效控制电荷积累的情况[2]。

(2) 多点式的施工方法能有效避免某些电力线路运转过程中出现的高频信号, 进而控制相关接地线阻抗, 防止相关接地产生杂散性电感, 常用于屏蔽层两端的接地。低阻抗的接地面进行施工作业时要利用不同电气元件进行相应的接地连接, 通常频率大于10MHz的电路使用多点式接地方法。但需注意的是, 采用多点式的施工方法时要对连接的相应距离进行把控, 使连接距离最短。

(3) 单点式的接地方法能对接地环路进行有效的预防控制, 通常用在频率小于1MHz的电路中。其优势在于能将电路系统中的多个相关的连接点衔接到一起, 并对相应电路提供相应参考点;弊端在于会产生大小不一的阻抗。单点式的接地方法的实际操作模式有串联和并联两种。串联模式下, 各电路的相关电流值均保持一致, 且电流均向同一个阻抗值进行流通, 使得该阻抗成为电路系统中各相关电路的相同阻抗;但电路中的相关电流会相互制约, 从而引起一定噪音, 同时使用范围比较有限。并联模式下, 各相关电路不形成统一的阻抗, 使得各电路之间相对独立, 因此有效避免了相关电气回路及设备的干扰;但需要比较多的地线, 进而导致相关电路的电感增加, 引发线路感应耦合的情况。

2 变电站二次设备接地要求

变电站二次设备接地类型包括室外二次接地网、室内二次接地扁钢网、室内二次接地铜排网等。施工时, 220kV及以上电压等级变电站应敷设独立的二次设备接地网, 且该接地网要由截面不小于100mm2的相关铜排构成。

(1) 对于室外二次地网, 先在二次电缆相关沟道敷设专用铜排, 贯穿主控室、保护室至开关场的就地端子箱;再利用机构箱及滤波器等的相关二次电缆沟构建成室外二次接地网, 该二次地网采用环氧树脂绝缘子支持安装。当接地网进入室内时, 利用截面不小于100mm2的相关铜缆与室内的二次反措接地网进行连接, 室外场地的二次地网各段末端采用截面不小于50mm2的铜缆连接主接地网进行接地。开关场各端子箱的绝缘接地铜排采用截面不小于50mm2的铜缆连接室外二次接地网。

(2) 室内设备本体及保护装置二次接地时, 利用变电站内的主控室和保护室屏柜下的电缆室或静电地板进行接地施工, 在屏柜布置方向两侧敷设50mm×5mm接地扁钢。扁钢网四角至少采用50mm×5mm热镀锌扁钢连接主地网, 若超过15m则在中间位置增加接地点, 如图1所示。

(3) 在变电站室内进行二次接地铜排网时, 利用变电站内的主控室和保护室屏柜下的相关电缆室或静电地板进行接地施工, 通过环氧树脂绝缘子把30mm×4mm铜排固定在相应的50mm×5mm接地扁钢上, 构成二次反措的站内接地网。将截面不小于100mm2的相关铜缆经控制室电缆夹层处某点连接主地网[3]。

(4) 对于室内保护屏柜接地铜排的连接, 应在控制保护屏内装设两根30mm×4mm接地铜排。一根用于保护屏本体及保护装置接地, 该接地铜排不用绝缘, 每面屏用不小于10mm2黄绿色软铜线与电缆室内接地扁钢网可靠连接。另一根用环氧树脂绝缘子隔离固定在控制保护屏下, 用于屏蔽电缆的接地, 每个屏用不小于50mm2的黄绿软铜线与电缆层的反措铜排网连接。由于南方地区天气较潮湿, 因此铜排的连接部位需采用镀锡等处理后再进行接地。

(5) 浮地式的接地方式下, 应将交流电源和回路直流电源的接地点分开。通常, 交流电源主要通过零线接地, 但接地过程中会受到相应电阻与其电流的干扰, 致使电源相关零线上的电位不是大地的零电位。此外, 不将相关交流电源与相关直流电源的接地点分开, 会对相关直流电源的正常运作造成一定程度上的影响, 因此采用浮地式的接地方式能有效隔离交流电源的接地线影响。多点式的接地方式能将相关二次设备各接地点与距离它最近的大地进行直接接地, 进而减少高频电路中的电容和电感的影响。单点式的接地方式能将电路系统中的各接地点直接进行接地, 不会对相关布线及元件造成太大的影响。

3 结束语

接地是有效提高变电站内的电子设备相关设备电磁兼容性的一种方式, 变电站二次设备正确接地能有效抑制变电站遭受电磁干扰, 同时也能抑制变电站内设备对外界环境的干扰。通过变电站二次设备接地, 能增大变电站内屏蔽层相应电路等效电阻, 进而保护相应屏蔽层, 避免发生设备烧毁的事故。在变电站内利用合适的二次设备连接方式及相关的接地方法能提高相关二次设备的抗干扰能力, 降低设备发生异常的几率, 从而在变电站发生相应单相短路在进行接地时起到继电保护的作用。

参考文献

[1]陈威武.变电站设备安装工程技术管理的难点和对策分析[J].企业技术开发, 2015, 12 (01) :82, 83

[2]苏红刚.探究变电站二次设备的接地施工方法及改进措施[J].中国新技术新产品, 2015, 22 (06) :114, 115

交流二次回路多点接地的解决方案 篇4

电力系统的电流和电压二次回路连接设备繁多,延伸范围广,而且系统的二次回路大部分在室外,绝缘损坏的几率大,因此容易出现在一个电气连接的二次回路中出现多点接地。

1.1 多点接地产生的原因

(1)主控室内控制屏和保护屏分别接地,引起两点接地。

(2)10 k V开关柜出厂时二次回路接地点已和断路器外壳连接,在安装中开关柜与接地网连接已有一点接地,如又在控制室接地将造成两点接地。

(3)在对变电所的改造中,将接地点改接在控制室而将户外端子箱接地点解开,但由于人为疏忽,造成两点接地。

(4)二次回路绝缘损坏接地,造成两点接地。

1.2 多点接地的危害

(1)二次回路通常是通过电缆连接的,当接地网上出现短路电流或雷击电流时,由于电缆屏蔽层两点的电位不同,使屏蔽层内流过电流,可能烧毁屏蔽层。而且当屏蔽层内流过电流时将对每个芯线将产生干扰信号。

(2)在电流二次回路中,如果正好在继电器电流线圈的两侧都有接地点,一方面两点接地点和地所构成的并联回路会短路电流线圈,使通过电流线圈的电流大为减少。另一方面在发生接地故障时,短路电流IK就可能流过变电所地网,在二次两接地点间形成电位差UK,这将在电流线圈中产生极大的额外电流。如图1所示。

这两种原因会造成通过继电器电流线圈的电流与电流互感器二次通入的故障电流存在极大差异,导致保护装置动作的不正确和计量装置的不准确,甚至造成大面积停电事故[1]。

在实际电网运行中,由于二次回路多点接地造成的事故具有相当的普遍性。例如,浙江余杭某变电所因电流回路绝缘不良导致遥测数据异常、电压回路绝缘不良导致电压互感器爆炸;安徽大唐公司陈村水电站因电压回路绝缘破损造成保护装置拒造成保护装置动作不正常。河南、湖南、山西等地上述情况也时有发生。

1.3 目前接地故障的检测措施

(1)断开各支路电源,分段处理人工解线查找故障点。

采用这种方法很可能产生干扰引起保护装置或自动装置误动跳闸,带来的危害是严重的。即使没有干扰,用500 V摇表测试绝缘,要将弱电回路全部退出,以防损坏。这种方法操作繁琐,一旦操作不当容易引发新的故障,困难重重。

(2)采用以微处理器为核心的便携式接地电阻测试仪

通常便携式接地电阻测试仪操作简单、体积小、重量轻、可大容量储存数据,而且便于与微机保护系统进行数据传递。但是不能实现在线监测,自动化程度较低。

(3)利用电桥平衡原理的在线监测装置

采用这种方法灵敏度较低,一般只能将绝缘电阻限制在30 kΩ的水平,而且受环境影响元件老化后容易出现测量不准确甚至错误,对系统正常运行造成危害。

通过调研目前国内解决二次回路多点接地的方法各有利弊,如何在满足检测精度要求的前提下,对交流二次回路多点接地情况进行综合分析判断处理,实现自动在线监测就显得尤其重要。

2 交流二次回路多点接地在线监测原理

2.1 交流二次回路多点接地在线监测原理

采用定时巡检的方式监控交流二次回路,将原二次回路一点直接接地处断开,串入一个定时巡检系统后再接地,具体原理如图2所示。正常运行中,通过继电器J的两对常闭接点将原二次回路接地点直接接地,巡检系统并未接入回路,对原回路的工常闭接点打开,将巡检系统短时接入原交流回路中。巡检系统接入后向回路中注入一个低压交流信号,如回路发生多点接地,就可检测到回路中有电流流过,测量回路中的电流大小,并计算被测回路的绝缘电阻值,以此为依据就可判断二次回路是否存在多点接地及接地的严重程度[2]。

2.2 定时巡检系统实现依据

定时巡检系统是整个系统的主体,它是以高性能MCU为核心的控制系统,实现在线监测主要功能均由其实现。

(1)低压交流信号的注入

根据系统工作原理,交流二次回路在进行多点接地巡检时需要产生一个信号从二次回路接地点注入二次回路,通过监测回路电流的大小判断是否发生了多点接地。为此可用软件通过DA数模转换产生正弦波,只要MCU每个周期向DA转换传送数据足够多,波形精度就能满足要求。如果需要输出的正弦波周期为T,幅值为U,DA转换为8位,MCU每个周期向DA转换送256个数据,则MCU送入DA的第k个数据可用公式(1)计算出Dk后取整得到。

波形的幅值调整可以通过调整送入DA转换中的数据来改变,波形的频率调整则可以通过送入DA转换数据的间隔来改变,所有的幅频调整都可通过软件进行调整,适应了现场不同的需要。

(2)时变函数的分析

巡检系统要将采集到的交流模拟信号进行分析判断来确定是否存在接地情况,而MCU只能作数值运算,为此可采用傅氏算法求出待分析的时变函数中频率的谐波分量的模值和相位。其基本原理如下:假定被采样的是一个周期性时间函数,根据傅流分量和各整次谐波分量[3]。其表达式为:

式中:n为自然数,n=0,1,2,…;a n,bn分别为各次谐波正弦项和余弦项的振幅;ω1为基波角频率。

如果要从信号x(t)中求出n次谐波分量正弦项和余弦项的振幅,根据三角函数的正交性可得到:

从而可得:

令n=1,则可得到基波分量,即:

合并公式(6)中正、余弦项,可得到:

式中:X为基波分量有效值;α1为基波分量初相角。展开式(3)至(7)得到X和α1同a1、b1之间的关系式:

所以可根据a1和b1求出有效值和相角:

傅氏算法具有滤波特性,欲从信号中求出某次谐波的幅值和相位,就可用与待求信号频率相同的正弦函数和余弦函数与待求信号相乘后,再在一个周期内做积分就可求出虚部分量系数和实部分量系数,然后用式(8)和(9)即可求出相应谐波幅值及相角。

3 系统软硬件结构特点

3.1 系统硬件结构及特点

本系统主要由电源、MCU主控单元、功率注入单元、测量单元和输入输出接口电路五部分组成。主要具有以下几个特色:

(1)电源可靠性高

系统MCU单元使用+5伏供电,继电器使用+24伏供电,对要求较高的A/D部分使用独立电源力强。

(2)MCU主控单元功能强

作为系统的核心单元,选择美国Microchip公司的PIC18C系列单片机作为主控芯片。该MCU片内集成有多种模块资源,接口丰富,便于与微机保护系统相连。集成度高,数据、地址总线引出MCU较少,同时具有看门狗功能,满足了系统对时实性和控制安全性的要求[4]。

(3)输入输出接口丰富,电路工作安全可靠

除系统工作必备的输入输出信号,为方便用户使用,增加了键盘和LCD显示接口,设置了与上位机的网络通讯与打印接口等。系统工作必备的所有输入输出都使用单独的I/O口线并设有光电隔离装置,确保电路具有足够的抗干扰能力。

3.2 系统软件结构及优化

(1)软件结构

软件主要要完成了三部分的功能﹕产生正弦信号、采集检测信号量并进行处理、人机交互界面等。在程序结构安排上,采样计算、软时钟计数、正弦信号产生等对实时性要求较高的部分作为中断服务程序来处理;而诸如按键处理、显示处理、打印服务等对实时性要求不高的部分放在主程序中来处理。主程序的软件流程图如图3。

D/A产生波形程序主要完成了二次回路信号的产生,这一功能主要通过定时器通道1定时向D/A转换送入输入,再通过功率放大回路,向被测回路注入信号,定时器1通道在系统中具有最高级别的优先级,从而保证了信号的精度。中断服务程序1程序框图如图4所示。

A/D采样功能程序由定时器通道2产生,它主要完成二次回路中电压和电流信号的采集数据的采集、实时数据处理和判断接地电阻大小等任务,它的优先级仅低于定时器1中断。它定时启动和读取A/D转换的结果,再通过相应的算法,求解接地电阻的大小。中断服务程序2程序框图如图5所示。

(2)软件优化

在嵌入式系统中,实时性是一个核心问题,所以程序的执行速度是衡量一个嵌入式实时系统优劣的一项重要指标[5]。在给定硬件条件下,采用以下几个方面来优化软件,使系统性能进一步得到改善。

①在C语言中内嵌汇编语言

为了兼顾程序的结构化和效率,对实时性要求编写,其它部分则采用C语言编写。

②利用查表、排序等方法提高程序中分支跳转结构的效率

跳转是程序执行中很费时的一个部分,程序优化时首先减少判断语句,可采用预先制作数组,在运行时直接从表中提取数据,避免大量判断。其次对分支循环结构进行优化,在跳转分支结构中,可采用排序的方法,将跳转频率较高的分支放在靠近入口的位置,减少判断次数。

③函数和函数调用的优化

程序中使用函数可提高程序的模块化、移植性和可读性,但函数调用牵扯到局部变量的分配单元、保留现场、参数传递、返回等环节,是一个比较占用时间的操作。对调用频繁、函数体较小的函数,利用宏定义或内联函数,通过编译器在函数调用处展开函数体来代替函数调用。减少函数间参数传递,函数间需要传递参数时,使用全局变量、静态变量或直接传送地址。

通过使用上述方法明显提高了程序运行的速度,充分满足了现场时实性的要求。

4 现场测量数据及使用注意问题

将该系统应用在某10 k V供电系统中,采用300 V左右的交流信号进行巡检,正常情况下测得回路电流只有135μA,在某时刻巡检装置报警,发现该线路有功电能表显示不正常,经运行人员检查发现A相电流在2.4 A左右,而C相却减为0.7 A。此时在线监测系统测得的回路电流值升至1.23 A,表明出现了明显的多点接地现象,根据估算应在离正常接地点2 m附近还存在有接地情况,于是缩小排查范围,最终发现在开关柜背面的线槽中有一多股软线有破皮现象,导致C相电流回路经盖板与地构成回路。

在现场实际应用该系统时,根据《交流电气装置的接地》的规定,凡额定电压500 V及以下绝缘等级的产品,交流耐压水平均要达到2 000 V。而一般情况下,二次设备接地装置的接地电阻通常在0.1~4Ω之间,为使巡检有足够的准确度,注入的交流信号幅值不宜过小,另外考虑到继电保护的保护特性,设置多点接地电阻报警阻值要适当,避免系统过于灵敏或漏检。由于在正常情况下巡检系统不投入运行,而每次的检测时间相当短,因此注入信号幅值较小的巡检系统对二次系统的影响是微不足道的。

5 结束语

交流二次回路多点接地在线监测系统充分利用PIC18C系列单片机的资源,实现了硬件电路高度的集成化,具有极强的抗干扰能力,使系统能经受电力系统严酷的强电磁干扰,采用C语言与汇编语言的高效混合编程方式,解决了系统运行的快速性与多任务之间的矛盾。目前,在河南、山西电网通过多次试验和现场应用,证明该系统具有较高的工作稳定性,大大减少了由于二次回路出现多点接地造成的一系列故障,具有良好的市场前景。

随着嵌入式微处理器运行速度的不断提高、功能不断完善、可靠性不断增强,利用嵌入式微处理器控制方案解决交流二次回路多点接地问题是完全可行的,增加交流二次回路多点接地监控系统不仅提高了供电系统的智能化,而且也为供电系统的安全运行提供了有力保证。

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二次设备接地 篇5

TV二次电压回路的异常,如二次回路多点接地、中性线不接地或不可靠接地将可能导致保护装置的闭锁(失效)、误动或拒动,还会造成二次系统向一次系统反充电,严重危害电网的安全运行和检修人员的人身安全。因此,《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施》规定:电流、电压互感器二次回路中有且只能有一点接地。由于保护实际测量的各相电压是相对于接到保护中性线的,当接到保护中性线的电位不等于中性点电位时,直接会影响保护对各相电压的测量,从而影响保护的电压测量精度,引起保护的不正确动作[1,2,3,4,5,6,7]。

目前,虽然大多数220 kV及以上电压等级变电站已安装了交流电压两点接地在线监测装置,能够巡检变电站二次侧是否存在除主控室外的第二个接地点,但由于该装置在实际运行中并不是特别稳定,常常出现误报或不报两点接地信号的情况。因此,就需要继电保护人员定期对TV二次回路的接地点进行检查,及时排除因施工、扩建、绝缘损坏等原因造成的多点接地,保证变电站TV二次侧中性线(N600)—点可靠接地。

1 TV二次回路一点接地的必要性

电压互感器的任务主要有两点:一是把高电压按比例变换成低电压,以便提供测量和继电保护所需的信号,并使测量仪表和继电保护装置标准化;二是把电力系统处于高电位的部分与处于低电位的测量仪表和继电保护部分分开,以保证运行人员和设备的安全。

若TV二次回路没有接地点,接在TV上的高电压将通过互感器一、二次线圈间的分布电容和二次回路的对地电容形成分压,将高电压引入二次回路;若TV二次回路有一点接地,则二次回路对地电容为零,从而达到保证安全的目的[8,9]。

2 TV二次回路两点接地故障分析

图1为变电站TV二次两点接地示意图,TV二次中性点N600在开关场端子箱直接接地,保护室电压切换屏将站内各电压等级的N600连接在一起进行接地(TV中性点与地网连接的公共接地点),形成TV中性线两点接地。当m至n有电流流过时,这两点间将产生一个电压,计为Umn,于是,保护测量到的电压为:

其中,Uan、Ubn、Ucn分别为保护装置测得的a、b、c三相电压,3U0为保护装置自产。正常运行时,地线中没有电流流过,Umn与3U0为零。当系统发生接地故障时,两个接地点间将有电流流过(Umn的大小取决于流过的电流大小),产生一定的电压,保护测量到的相电压不再真实反映系统的一次情况,Umn将与保护测得的零序电流同相或反相。

当发生母线或线路单相出口接地故障时(以c相为例),故障c相电压应基本为零,而a、b相电压近似不变,故障电流超前原c相电压约100°～120°或滞后约60°～80°,故TV二次两点接地而产生的附加电压也将超前原c相电压约100°～120°或滞后约60°～80°。图2与图3分别为这两种情况的电压相量图,故障时c相电压,a、b相电压叠加了Umn后分别为U'a与U'b。

图2中,b相电压升高,a相电压降低,故障相电压幅值与相位变化较大;图3中,a相电压升高,b相电压降低,故障相电压幅值与相位亦变化较大。由此可以得出结论:母线或线路发生接地故障时,TV二次两点接地产生的附加电压将使健全相中一相电压明显升高另一相降低,故障相电压幅值、相位变化明显,这样的后果将导致保护不正确动作。

3 TV二次两点接地判断方法

3.1 录波图分析

图4为现场实录的TV两点接地在出口发生c相金属性接地故障时母线三相电压的波形。从上至下分别为a、b、c三相电压波形,由图4可看出,故障前三相电压对称,故障后非故障相b相电压明显增大,a相电压减小,而故障相c相电压理应接近为零,但却有较大值。这与图2的分析结果一致。

3.2 测量判断

理论上讲,若TV二次负载平衡(三相电压平衡),中性线(N600)电位为零。当中性线(N600)在控制室一点接地,自开关场引来的中性线(N600)经交流电压两点接地在线监测装置接地的二次线电流应为零。但是,实际运行中这种理想状态是不多见的,由于变电站的接地网并非绝对的等电位面,因而这两点之间实际存在着很小的电位差,这个电位差造成TV中性点的微小偏移,并在两个接地点构成的回路中产生电流,但对正常运行未造成影响,保护TV断线检测功能也不会发告警信息。

从近年来多次事故调查与分析的结果看,TV二次接地点越多,接地点空间距离越远,正常运行时接地点中的电流也越大,一般该接地线中常常存在着10 mA左右的电流(运行中使用钳形电流表测量的经验值)。如果中性线(N600)在控制室外还有接地点,那么,第二接地点电位将与主控制室接地点产生电位差,此电位差在地网电阻上产生的电流将远远大于10 mA。因此,在定期检查中,只需要用钳形电流表测量实际TV公共接地点二次线上流过的电流值的大小(远远大于10 mA),就可以判断出TV二次中性线(N600)是否存在多点接地的现象。

4 实例验证

某500 kV变电站,共有3个电压等级,分别为500 kV采用3/2接线、220 kV采用双母接线、35 kV采用单母接线,保护小室5个,分别为31、32、21、51、52小室,线路及母线电压互感器15套,TV二次中性点公共联络点在32小室,其他小室分别用一根控制电缆连接于32小室,且每组TV二次中性点N600均安装放电间隙1只,全站安装交流电压两点接地在线监测装置1台,所有TV—点接地点位置在该监测装置屏上显示。

事故现象:变电站交流电压两点接地在线监测装置发出TV二次接地信号。

分析判断:1)在交流电压两点接地在线监测装置上,现场手动测试TV二次接地情况,报TV二次接地信号;2)使用钳形电流表在主控室两点接地监测装置屏上测量公共接地点TV二次中性线(N600)有145 mA的电流,据此判断TV二次中性线确实存在两点以上接地点。

故障点排查思路是分段查找,逐个排查:

(1)如图5所示,根据全站N600连接示意图,在32保护小室使用钳形电流表检查连接31、32、21、51、52小室的N600回路中的电流。

(2)实际测量电流值31线为78 mA、21线为31mA、51线为36 mA、32保护小室至主控室N600总线存在120 mA的电流,初步判断31小室保护设备、35 kV I段TV二次N600回路存在两点接地。

(3)使用钳形电流表逐个检查35 kV I段TV端子箱中放电间隙是否被击穿。实测放电间隙中没有电流,则排除放电间隙被击穿造成接地。

(4)将35 kV I段TV端子箱至31号保护小室1号主变保护屏端子排上的N600二次线断开,公共接地点中性线电流降为12 mA,“TV两点接地信号”消失。

(5)检查此端子箱至TV二次回路的L600、N600电缆和接地情况,发现TV刀闸辅助接点盒处L601电缆芯外皮破损与铁盒相接,造成TV两点接地,如图6所示。

5 结论

变电站在扩建、改造以及运行环境发生改变时(如绝缘降低等),往往会造成TV二次回路多点接地,有些能及时发现并处理,有些则不易发现,需要检修人员定期对中性线进行测试。线路发生故障引起保护跳闸后,有必要对故障录波图的电压情况进行分析研究,及时排除多余的接地点,确保继电保护装置正确动作以及系统安全运行。

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[8]陈慈萱.电气工程基础(上册)[M].北京:中国电力出版社, 2003.

电压互感器二次回路接地点的分析 篇6

电力系统通过电压互感器(TV)将一次电压按变比缩小为供保护、测量等装置使用的二次电压,同时还可使二次设备与一次高电压隔离。TV二次回路的接地点选择及位置至关重要。如果TV不能准确地反映一次系统的实际情况,则很可能会导致功率方向元件的拒动或误动,影响整套方向保护动作的正确性,给电力系统安全生产带来严重的危害[1]。为了保护人身与设备安全,二次回路必须有一点接地,并且只允许一点接地。如果二次回路中性点存在多点接地,当系统发生接地故障时,变电站地网中将流过很大的故障电流,TV二次回路零相小母线N600两端会产生电位差,使得TV二次中性点电压相位产生偏移,影响相电压与零序电压的幅值与相位,从而可能导致距离保护、零序方向保护拒动或误动作。

1 TV二次回路接地原则

根据电力系统继电保护反事故措施规定,TV二次回路接地包括以下基本原则:

a.经控制室零相小母线N600连通的几组TV二次回路,只应在控制室将N600一点接地,各TV二次中性点在开关场地接地点应断开[2];

b.为保证接地可靠,各TV的中性线不得接有可能断开的断路器或接触器等,二次绕组的接地必须各自引线接到屏柜的接地铜排上,而不能采用串接的方法;

c.对于各电压等级N600分别接地的情况,必须确保各电压等级的TV二次回路无任何电联系;

d.已在控制室一点接地的TV二次绕组,如有必要,可采取在开关场地将二次绕组中性点经氧化锌避雷器接地以避免一次过电压入侵二次回路与设备,但必须保证避雷器的击穿电压满足要求[3];

e.来自开关场地的TV二次回路的4根引入线和互感器开口三角绕组的2根引入线均应使用各自独立的电缆,不得公用[4]。

2 事故分析

2007年4月30日某变电站发生一起高频保护区外误动事故。220 k V甲线和乙线同时运行在Ⅱ母线上,在乙线发生单相故障时乙线保护正确动作,而甲线的对侧B屏保护误动跳闸,甲线保护为高频闭锁,事后检查从录波图上看到,甲线保护对侧误动主要是本侧保护在故障反相时没发高频闭锁信号造成的。经过录波图分析发现对一个时刻的电压、电流幅值两者相加合成后的零序功率方向为正方向,所以故障期间由于电压的异常导致零序功率误判正方向是甲线本侧B屏高频保护停信的原因。零序电压的不正常主要问题在电压回路,对装置N600走线进行检查,同时测量2套保护N600对地电压,发现正常情况下A屏保护对地电压为0.01 V,而B屏保护对地电压为0.3 V(同一表计测量),存在较大的区别,同时审查甲线2套保护的电压回路图并现场核对,发现两者N600连接的确存在较大区别,其走线见图1(图中,JBO为避雷器;TYD为电容式电压互感器,下同)。

由图1可以看出,甲线2套保护LFP901A与LFP902A的TV N线走向存在明显区别。A屏保护(LFP901A)所用N线由母线TV端子箱直接引入控制室,且在控制室控制屏上一点接地后引入保护装置,在保护装置上通过跳线与甲线电容式电压互感器(TYD)的N600连通;而B屏保护所用N线则直接从甲线线路TYD的N600引入。2套保护所用的N600不同,虽然在A屏保护处母线TV N600与线路TYD N600有跳通,但是B屏保护的N600到跳通点距离相当长(约有1 km)。在乙线故障时,由于本站侧入地的短路电流较大(从保护数据可以看出约18 k A),使得地网电位升高,导致甲线的TYD N600击穿保险导通,从而在该N600回路上形成两点接地,短路电流使两接地点存在一定的压差,同时由于二次连接电缆阻抗一般较小,因而在回路中形成较大的环流,造成击穿保险导流片炭化,并使得B屏保护的N600与母线TV N600不等电位,产生附加零序电压,致使零序功率方向由反变正,保护停信开关跳闸[5]。

3 TV N600多点接地的检查方法

3.1 TV二次回路N600一点接地等值电路

当TV二次回路N600一点接地,TV二次回路电缆对地分布电容C、TV二次等值电压U1、一点接地连接线形成回路,分布电容很小,呈高阻抗(见图2),电容C容抗和U1决定回路电流I的大小。在控制室一点接地连接线并接滑线电阻R后,拆开接地连接线,改变电阻R值(小于10Ω),因R垲1/(jωC),不影响回路电流I,I大小保持不变[6]。

3.2 TV二次回路N600多点接地等值电路

如果TV二次回路N600除在控制室一点接地外,还存在接地点(如图3中接地点2),接地点2在地网上存在电势差U2,则等值电路如图3所示。接地点N600支路上电流随电阻R变化而变化,通过调整串入电阻R值,查出电流变化N600支路,找出存在接地点的N600支路以及接地点。

3.3 TV N600多点接地检查方法

以网内某变电站TV二次回路N600一点接地检查为例。在控制室TV并列屏零相小母线N600一点接地位置按照图4接好试验接线,判断TV电压二次回路N600是否一点接地(电阻法)。图中,(1)为氧化锌击穿保险(250 V),(2)为刀闸S,(3)为刀闸S1,(4)为滑线电阻,(5)为控制室一点接地连接线。

a.合上刀闸S,断开控制室一点接地的连接线。

b.调整滑线电阻R为0,合上刀闸S1,断开刀闸S,测量滑线电阻R上电流(用高精度钳型电流表)为140 m A。

c.合上刀闸S,断开刀闸S1,滑线电阻R增加为10Ω,合上刀闸S1,断开刀闸S,测量滑线电阻R上电流为7 m A。

d.对滑线电阻R上电流进行分析,电流发生变化,该站TV二次回路N600存在两点(或多点)接地。

在电阻法的基础上确认有两点接地后,可用电流法来查找接地点具体在哪条支路上。合上刀闸S,调整滑线电阻R为10Ω,断开控制室一点接地的连接线,合上刀闸S1。

依次执行下列查找步骤:

a.对TV二次回路N600每一支路用高精度钳型电流表钳住线不动;

b.合上刀闸S,测量出N600线支路1电流值I,断开刀闸S,测量出N600线支路1电流值I;

c.合上刀闸S,测量出N600线支路2电流值I,断开刀闸S,测量出N600线支路2电流值I。

直至n+1合上刀闸S,测量出N600线支路n电流值I;断开刀闸S,测量出N600线支路n电流值I。

对以上每次合、断刀闸测出同一支路电流I进行比较,若电流没有发生变化,该支路N600线不存在接地点;若电流发生变化,该支路N600线存在接地点。

3.4 利用电压法确定接地点

在电阻法的基础上确认有多点接地后,可用电压法来查找接地点具体在哪块保护屏或开关柜上。

在各保护屏或开关柜上用万用表测量各自的N600对地的电压值,一般接地点的对地电压值为0或几毫伏,离接地点的距离越远,N600对地电压值越高(几十毫伏至一百多毫伏不等),若某块保护屏或开关柜上的N600对地电压为0或几毫伏时,可初步判断该地有N600接地点。

3.5 利用电阻法检查TV二次回路接地的要求

a.对TV二次回路N600接地情况进行检查,要求在天气晴朗的情况下,利用钳型电流表(精度为m A级)对流过N600接地线实际电流值进行测量记录。

b.对于各电压等级N600分别接地的情况,应对各N600接地线电流值分别进行测试并记录数据。

c.若发现N600接地线上流过的电流大于50m A时,应立即对TV二次回路及其接地情况进行全面核查并及时整改,确保仅一点接地。

3.6 检查实例

根据《南网总调关于防止发电厂变电站保护用TV二次回路多点接地的通知》,对某500 k V变电站保护用TV二次回路一点接地情况进行了专项检查。

3.6.1 利用电阻法确定各电压等级TV是否存在多点接地

通过对全站各电压等级中性点电流进行测量,由表1可以判断该站500 k V、220 k V存在多点接地的可能。

3.6.2 利用电压法确定TV接地点

通过对全站TV二次回路进行检查,发现问题如下:

a.220 k V某线TYD端子箱处放电间隙对地电位为0.006 V,经检查发现放电间隙两端电缆接线反接,导致N600接地,现已恢复为正确接线,放电间隙对地电位为0.17 V;

b.500 k V某线TYD端子箱处放电间隙对地电位为0.006 V,经检查发现端子排处N600有地线直接接地,现断开该接地线,放电间隙对地电位为1.01 V;

c.500 k V某线控制屏处存在接地点,经核查回路发现其已在500 k V母线控制屏处接地,存在两点接地情况,现断开控制屏处的接地线,N600对地电位为0.16 V。

经过上述检查改造之后,用电流钳表重新测量500 k V、220 k V接地点处电流值,检查结果见表1,判断各电压等级已无多点接地的情况。

4 TV二次回路接地情况运行管理要求

TV二次回路的接线错误会给系统的安全稳定运行带来很大隐患,因此一些安全措施在TV的运行维护中应加以注意。

a.对新建工程,要加强设计审查,认真检查验收N600一点接地情况,确保设计图纸及相关二次回路接线正确无误,从设计上防止多点接地现象的发生[7]。

b.投运验收期间,加强现场核查工作,减少因施工安装造成的多点接地。

c.改、扩建的厂站在设备投运前或者TV二次回路工作之后恢复运行接线后,必须对N600公共接地线电流进行测试并记录数据。

d.通过定期查线、测试N600接地线电流值和检测TV中性点电压等方式核查二次回路,若新测量的电流值大于上一次测量值20 m A时,运行值班人员应立即通知保护人员进行专项检查。对于各电压等级N600分别接地的情况,每个接地点均应测试,根据多点接地的特点,查找多点接地位置,确保TV二次回路仅有一点接地。

e.鉴于目前已多次发生TV中性点放电间隙击穿造成电压回路两点接地引起保护误动的事件,为消除隐患,应将网内220 k V及500 k V电压等级的TV中性点安装的标称电压380 V以下的放电间隙或避雷器立即更换为标称电压380 V或以上的低压避雷器,建议选用动作或失效时有明显标志的避雷器,以便对其运行状态进行监控,定期检查,加强巡视,发现异常马上更换。在现场更换工作中,要注意核查清楚原放电间隙或避雷器的接线情况,做好安全措施,防止造成运行中的TV或TYD二次回路短路或开路。

f.对已经查找到的多点接地现象,根据具体原因,参照上面提出的解决方案进行改造。

5 结语

本文通过对一起保护误动事故的分析,从原理上对TV N600多点接地的检查方法进行了阐述,并通过检查结果验证方法的可行性。同时建议在新建和改、扩建工程中,加强对TV回路的设计、施工审核,严格执行《广东省电力系统继电保护反事故措施》中关于TV二次回路的反措要求,在运行中对TV二次回路中性点接地情况定期进行检查,保证继电保护及安全自动装置可靠稳定运行。

摘要：对一起电压互感器二次回路多点接地导致继电保护装置误动作情况进行分析,验证了电压互感器多点接地造成的危害性。建立了电压互感器二次回路一点接地和多点接地等值电路模型,结合反措要求对现场电压互感器二次回路接地点的检查方法进行总结。提出利用电阻法判断存在多点接地的可能、电流法确定接地点的支路、电压法确定具体的接地点。通过实例验证了检查方法的正确性,同时针对电压互感器二次回路接地点的实际运行情况提出了相应的运行管理要求。

关键词：电压互感器,二次回路,接地点,多点接地,反措要求

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二次设备接地 篇7

现阶段我国社会各个方面都在不断发展, 今天我们所要谈论的是与电力发展有关的话题。随着人们生活水平的不断提高, 无论是在生活需要方面, 还是社会生产方面, 对电力系统的要求都大大超过以往的需求, 随着需求量的不断增加, 电力系统也在急速发展着, 供电系统的设备必须及时改进才能适应需要, 其中也包括电流互感器的二次回路接地问题, 这主要是保证用电的安全, 避免发生短路的现象, 影响正常用电, 当然这也涉及到电能的计量问题, 关于电能的计量是直接影响电力企业的经济效益的因素, 所以在这个方面要尤其注意。我们在使用电流互感器时就要注意其二次回路的问题, 不能让它影响了计量装置的正常工作。

二、电流互感器二次回路接地的影响

1. 电流互感器二次回路接地有明确的要求

电流互感器简称为CT, 因为有两次绕组, 一次匝数要比二次少的多, 当它工作时, 两次回路都要是闭合的, 电流互感器具有变换电流和前期隔离的作用。当电流互感器在正常工作的时候, 二次回路在这一时刻几乎是处于一种短路的状态, 因此, 如果在这一时刻出现接地的问题, 这种工作状态将不是一种正常闭合的状态。所以, 在电流互感器二次回路接地时必须要注意有且只能有一点接地, 并且只能在有关的保护屏中一点接地。即使是备用的电流互感器二次绕组也需要从根部引到就地的变电箱中, 经由一百平方毫米接地铜牌接地。这样才能保证电路的安全可靠性。因为一旦经常发生跳闸, 就会影响到整个供电网络的稳定性, 导致用户的用电需求受到影响。而且一旦发生问题, 需要一个漫长的解决过程, 严重影响到用户的正常生活和工作需要, 所以才对电流互感器二次回路接地提出明确的要求, 从根源上和传输的过程中确保电网的安全性和稳定性。

2. 电流互感器二次回路接地对计量的影响

对于电流互感器二次回路问题, 当电流互感器在二次回路的过程中, 其会对地产生高达三百千伏的电压, 并且, 在产生电压的同时还有向量旋转的问题存在。因此, 在判别接线的正确与否的过程中, 需要进一步说明在使用组合计量箱的时候必须对接地电阻进行相关的测试, 还要保证接线和接地之间有准确的接触, 必须做到接地良好。我们现在所使用的电力计量装置除了电表以外, 还应当包括电流互感器。当其在计量的过程中产生二次回路问题时, 会造成降压现象的出现, 从而迅速破坏电表的正常工作, 使得计量的数据受到影响, 不再能够准备无误的反应真实的用电量, 这就是电流互感器二次回路接地可能会对计量产生的影响。这就导致电力公司的收益或者是用户的经济利益受到影响, 因此要分析清楚电流互感器二次回路接地对计量装置的影响, 才能提高电表的准确性, 保证供电和用电双方的利益。

3. 提高计量准确性的措施

因为计量装置的准确性受到很多条件的影响, 所以需要针对不同的影响原因采取不同的对策来提高其精确度。首先应该选择好电网中性点的接地方式, 保证电网的正常运行对二次回路没有什么破坏, 还要减短导线的长度, 增加其内径, 降低二次降压的可能性, 装载设备时, 最好选择磁场较弱的地点。

我们需要多关注新用户的接地电阻的测试结果, 加强管理二次回路接地地点的监测, 还要分析土壤等周边环境对电阻值的影响。在投入运用以前要特别保证多使用的电流互感器的质量有保证, 要对二次回路接线进行检查, 并且要做好完备的记录, 还要对可能存在的隐患进行详细的记录, 便于下次排查。另外还要进行绝缘检测, 要逐一排查可疑点, 保证电路的安全无误。存在问题的要立即改正, 不断的进行复查, 知道确认安全为止。另外, 还要加强对变电所的二次回路接地进行检测, 确保只有一个接地点, 确保是直接接地, 避免发生问题。

在平时也要多加维护, 在产生问题的时候, 一定要按照要求进行整改, 解决出现的问题和可能潜在的隐患, 当然, 也要进行定期的维护和整修, 保证整个系统的完善与稳定。例如, 需要定期检测二次回路接地的实际地点, 电流互感器的二次绕组圈数及使用状况。还有就是要对工作人员加强专业知识的培训, 使他们能够满足维护与维修的需要, 保证整个用电网络的稳定以及减少电流互感器二次回路接地所带来的影响。

三、总结

对于电流互感器二次回路接地的要求比较高, 也都是些细枝末节的注意点, 很容易被疏漏, 然而, 一产生问题, 就会造成很大的伤害, 所以一定要防微杜渐, 重视这些小问题, 避免事故的发生。另外, 电力公司收取电费是要看用户的用电量的, 除了一些损耗之外, 计量直接关系到电力公司的收入问题, 所以一定要保证用电计量能够准确无误, 避免企业不必要的损失, 也可以保证用户的利益, 排除双方产生矛盾的可能性, 所以提高用电计量的准确性是非常重要的, 当二次回路影响到计量时就会带来一系列的问题, 所以需要加强管理与检查, 克服出现的问题, 防止给电力公司以及用户带来困扰, 还能保证电力公司的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]岳海峰.浅谈电能计量装置二次回路接地对计量的影响[J].生物技术世界, 2012, (6) :126-127.

[2]王志刚.电流互感器及电压互感器二次回路接地问题分析[J].中国电力教育, 2010, (S1) :373-374.

二次设备接地 篇8

2011年1月,在浙江嘉兴电网某110/20 kV变电站的某空载运行线路因导线断股引起的20 kV线路单相接地故障期间,发生了主变压器20 kV侧接地变压器接地小电阻二次回路被烧毁的事故。

该变电站主变压器采用Y/△接线方式,20kV系统接地方式采用接地变压器直接接于主变压器△形接线绕组的引线后其中性点经小电阻接地,而且低压侧带双分开关。变电站各20 kV系统间通过母线分段断路器成环联络,分列接地运行。

因为这起事故有其特殊性,本文介绍对这起事故进行的调查分析。

1 故障情况

2011年1月16日6点52分37秒,变电站20 kVⅡ段上1条线路发生第一次单相接地故障,在6点52分至59分期间这条20 kV线路共接地10次,累计短路时间为144.95 s;在6点59分23秒,此20 kV线路零序过流Ⅱ段保护动作,线路断路器跳闸成功,故障切除,系统恢复正常运行。在故障切除后,运行人员进行现场设备特别巡视,发现2号接地变压器接地小电阻室的观察窗有受热严重变形现象,透过观察窗发现,室内的二次回路配线、电缆线槽、通风散热设备严重烧毁。

2 故障检查分析

2.1 保护配置情况检查分析

为兼顾灵敏性、速动性和选择性,变电站内20 kV小电阻接地系统配备灵敏度较高的阶段式零序电流保护,作为设备发生单相接地故障的专用保护。变电站内系统保护用电流互感器配置和保护定值检查情况如表1所示。

通过对表1的数据计算可知,故障线路在前9次接地故障中,故障电流都没有达到保护动作值,仅最后一次故障电流达到了零序过流Ⅱ段保护动作值,保护动作情况满足线路保护整定设置。按《3～110 kV电网继电保护运行整定规程》、《浙江电网20 kV系统继电保护配置及整定运行原则》的要求:在低电阻接地系统中,应考虑线路经高阻接地故障的灵敏度,线路零序电流保护最末一段的定值不宜过大。考虑线路末端经20Ω电阻接地保证2倍灵敏度,按照单相接地零序电流的计算公式,计算故障情况下动作的线路保护零序Ⅱ段定值为151 A。显然,线路保护零序Ⅱ段定值整定符合规范的要求。线路保护在前9次故障期间不能动作的原因,主要是线路接地电阻远大于规范规定的20Ω,接地故障电流太小。因此判断,线路保护在此次故障中的动作是正确的。而且通过对表1所列数据的计算和分析,变电站20 kV系统保护用电流互感器配置和保护定值整定情况也都满足相关标准、规程中关于灵敏性、速动性和选择性的要求。

2.2 箱式接地变压器检查分析

20 kV接地变压器和接地小电阻安装在同一个箱式接地变压器内,内部用绝缘板隔离成两个独立的小室,分别放置Z形接线的接地变压器和接地小电阻。Z形接线的接地变压器中性点引出后与接地小电阻间采用连接铜排连接。故障检查中发现:2号接地变压器室只受到轻微影响,除安装在上部的二次塑料线槽受热变形外,室内的接地变压器、保护监测用电流互感器和二次配线情况均完好;接地小电阻室内设备发热现象严重,接地电阻上多个连接处二次配线有过热后碳化现象。箱式接地变压器整体返厂检查发现,Z形接线的接地变压器和接地小电阻测试数据均合格,只是接地小电阻室内的二次配线受到了严重过热损伤。

根据故障数据分析可知,2号主变压器接地小电阻在线路保护不动作情况下满足接地电阻长期运行要求,在线路保护不动作情况下满足接地电阻额定发热电流试验要求。因此,按照《浙江省电力公司20 kV系统中性点接地电阻成套装置技术规范》技术规范制造的接地小电阻能够承受此次故障中故障电流的冲击,接地小电阻质量满足要求。

2.3 接地小电阻相关标准、规程分析

目前,有关20 kV侧接地小电阻的运行整定标准、规程与制造标准规程之间,由于电力系统管理部门按专业内部条块分割,造成存在专业技术管理盲区。按照DL/T 584—2007《3～110 kV继电保护装置运行整定规程》整定的20 kV线路保护定值与按照《浙江省电力公司20 kV系统中性点接地电阻成套装置技术规范》(下称《浙江省技术规范》)制造的接地小电阻之间存在配合不当的问题。在20 kV线路保护发生高阻接地故障情况下,相关线路保护不能满足灵敏性、速动性和选择性的要求。浙江电网在实际应用中选取的接地小电阻阻值为20Ω,零序电流控制在600 A以内,按照DL/T584—2007计算20 kV线路保护零序Ⅱ段最灵敏定值为0.796 5A,其值折合成一次故障电流为127.44 A。在20 kV线路发生高阻接地故障期间,一次故障电流大小可能处于60～127.44 A,此时故障电流达不到20 kV线路保护动作值,保护不能切除故障线路。但是按照《浙江省技术规范》制造的接地小电阻,有可能在这种故障条件下不能长期运行,存在造成接地小电阻烧毁乃至事故进一步扩大的可能。

3 故障处理及有关建议

3.1 故障原因及修复

由于此次20 kV线路故障原因特殊,在导线断股后,间歇性地发生多次接地故障,且故障时间较长,引发接地小电阻发热严重。因箱式接地变压器内密封性强,导致故障期间产生的热量快速在电阻箱上部聚集,使绝缘破坏。

《浙江省技术规范》等相关标准,仅明确了小电阻的相关制造要求,没有明确小电阻二次回路在相同条件下的热稳定性要求,制造厂家根据故障原因,采取了针对性的修复措施,在考虑小电阻长期运行允许电流条件下,对小电阻室的热稳定承受能力重新进行设计:改进箱内空气对流、散热措施,取消小电阻室上部的小功率排气扇,在下部将封闭用铁板换为网状护板、增加大功率排气风机,顶部开取大的气窗;更换所有二次回路配线,选用有石棉护套的二次导线,二次设备尽可能安装在箱内下部。修复后的箱式接地变压器到目前为止运行情况良好。

3.2 有关建议

为了保证电网正常运行,一个小电阻接地系统中必须有、而且只能有一个中性点接地运行,而且接地变压器所提供的接地点是构成零序保护所必须的,在运行、操作过程中应始终保证有接地点存在。但是接地变压器保护在投产时无法做带负荷试验,在实际运行时,部分110/20 kV主变压器接地变压器中性点电阻缺乏必要的监视手段(无法监测电流、电压数据),可能导致无法及时发现接地电阻故障而造成20 kV系统不接地运行,更为严重的是系统在发生接地故障情况下相关保护将不能动作切除故障,有可能导致事故进一步扩大。通过以上分析,建议如下。

1)选用对接地电阻采取了足够监测和保护措施的箱式接地变压器,以监视、判断接地小电阻的运行状态。宜利用中性点电容电流判断接地小电阻的接地、退出等情况,并将相关信号接入变电站综合自动化系统,以及时判断接地小电阻的运行状态。

2)监测小电阻和零序电流保护共用的电流互感器应该安装在Z形接线的接地变压器和接地小电阻连接处,而且宜安装在Z形接地变压器室内。接地变压器Z形接线的接地变压器中性点引出后与接地小电阻间也应采用连接铜排连接,避免用电缆连接。

3)加强电力部门内部各专业间的配合、协调工作,衔接紧密,避免出现专业技术管理盲区,避免出现各规范之间技术内容不配套的情况。

4)在《浙江省技术规范》等相关标准和工程订货合同中,除应明确小电阻的相关制造要求外,还应包括对热稳定性的要求,可通过提高小电阻的长期运行电流允许值,使其在150 A以下电流情况下都能正常工作;同时,明确小电阻二次回路在相同条件下的热稳定性要求。

5)制造厂家在制造过程中,重视接地变压器整体的热稳定性要求,从材料选用、制造工艺、设计结构等方面综合采取针对性的通风、散热措施。

6)运行单位应注重利用技术手段监控接地变压器中性点小电阻的运行状态,定期开展运行设备巡视检查工作,并按照设备巡视情况,及时排除设备隐患。

4 结语

通过对这起20 kV变电站接地变压器接地小电阻二次回路被烧毁事故的调查,发现相关标准仅明确了对小电阻的制造要求,没有明确小电阻二次回路在相同条件下的热稳定性要求,造成了该事故的发生。

本文提出了对今后接地变压器设施和运行维护方面的针对性措施,希望能为今后相关产品的研究设计、制造以及标准化提供一定的参考,以提高20 kV系统的供电可靠性。

参考文献

[1]刘万顺.电力系统故障分析(第二版)[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 584—2007 3 kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].北京:中国电力出版社,2007.

[3]国家电网公司.Q/GDW156—2006城市电力网规划设计导则[S].北京:中国电力出版社,2007.

[4]国家电网公司.Q/GDW370—2009城市配电网技术导则[S].北京:中国电力出版社,2010.