继电保护等电位接地网常见问题分析

张兵海,李铁成,王献志,赵宇皓,何 磊

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

继电保护等电位接地网常见问题分析

张兵海,李铁成,王献志,赵宇皓,何 磊

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

针对现场继电保护等电位接地网与相关措施要求的“只能存在唯一连接点”存在差异的问题,从接地点与接地技术方面对存在的问题进行分析,提出有针对性的处理措施,并说明等电位接地网设计安装的技术要求。

继电保护;等电位接地网;等电位接地铜排

根据国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》(简称“反事故措施”)2012版和国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》2014版要求,继电保护二次系统要求设置等电位接地网。两部反事故措施均对继电保护等电位接地网提出了具体要求,但因为理解角度不同,现场继电保护等电位接地网仍在“与主接地网只能存在唯一连接点”的要求方面存在问题,以下主要就此展开分析。

1 继电保护等电位接地网与主接地网连接的技术原理

GB/T 14285-2006《继电保护和自动装置技术规程》对电磁干扰提出了明确要求,屏蔽电缆的屏蔽层要求双端接地。标准要求为保障人身和设备安全及电磁兼容要求,在发电厂和变电所的开关场内及建筑物外应设置符合有关标准要求的直接接地网,即反事故措施要求的“主接地网”;对继电保护及有关设备,为减缓高频电磁干扰的耦合,应在有关场所设置符合要求的等电位接地网[1]。

分析认为,对于大电流接地系统(主变中性点接地运行),当发生接地故障时,从故障点到变压器中性点将流过大的故障电流,从而在变电站形成地电位差。如果电缆屏蔽层为单端接地,则在非接地端将产生过电压;如果屏蔽层为双端接地,则在屏蔽层中会流过大电流,并在芯线中感应出较高干扰电流;无论是过电压还是过电流,如果速动保护拒动,则均有可能会对二次电缆产生破坏影响,使绝缘性能降低甚至烧毁[23],干扰电流还将可能影响继电保护等装置的动作行为,因此需要设置等电位接地网,等电位接地网在屏蔽电缆的两端与主接地网不直接连接,在电缆的中间部位(仅排除电缆的首末端)则需要与主接地网紧密连接,原理示意如图1所示。

由图1可看出,当主接地网中流过大的接地故障电流时,分流只会流过等电位接地网,电缆屏蔽层中不会流过电流或流过电流极小,对二次电缆和装置不会产生影响。

图1 继电保护等电位接地网原理示意图

反事故措施要求,保护室的等电位接地网与主接地网只能存在唯一连接点,连接点位置宜选择在保护室外部电缆竖井处,各保护和控制屏柜下部设置接地铜排与保护室的等电位接地网相连。“唯一连接点”要求保护室内的等电位接地网各点已不能再与主接地网有任何连接点。

2 常见问题及处理分析

2.1 接地点方面

2.1.1 保护屏等电位接地铜排与安装支架间未经过小绝缘子隔离

反事故措施虽然对等电位接地网的安装工艺提出了明确要求,但是对屏柜的等电位接地铜排是否需经小绝缘子安装并没有明确说法。考虑保护室内各屏柜均为直接或经点焊放置于已直接连接到主接地网的角钢上,等电位接地铜排的安装支架与主接地网为直接相连关系。如果保护室内各屏柜下部的等电位接地铜排直接固定在屏柜上,就形成了等电位接地网与主接地网的多点连接,因此各屏柜的等电位接地铜排应经过绝缘子隔离固定到屏柜架构上[4]。

2.1.2 装置接地接到等电位接地铜排

保护室各屏柜内装置均通过金属螺丝固定安装在屏柜上,屏柜柜体已与主接地网连接,装置的抗干扰接地与装置外壳相连,如果抗干扰接地连接到等电位铜排上,则形成了等电位接地网与主接地网的多点连接。分析认为,各屏柜下部的接地铜排应设置两个,一个为等电位接地铜排,经小绝缘子固定到屏柜上,另一个为直接接地铜排,直接固定到屏柜上,各装置的抗干扰接地应接到直接接地铜排上。

2.1.3 交流电源的地线接到等电位接地铜排

交流电源有零线N和地线G,N线取自厂变或站变变压器的380 V侧(Y侧)中性点,中性点在变压器本体一般直接接地,反事故措施中已明确要求N线不可接到等电位地网,对于G线则没有说明,G线用于防止人身触电,直接连接于主接地网。交流电源的地线和零线均不应接到等电位接地铜排上,应连接到直接接地铜排上。

2.2 接地技术分析

2.2.1 等电位接地网适用的电压等级

反事故措施和GB/T 14285-2006均没有说明等电位接地网适用的电压等级,通过前面的分析认为,等电位接地网主要是防止接地故障时地电位差电流导致的屏蔽层分流电流以及在电缆芯线的感应电流对保护装置的影响而设置,因此对于不接地电压等级是不适用的,即变电站或升压站的最高电压等级如为不接地系统的电压等级,如35 k V或10 k V变电站,因为发生接地故障时地电位差较小,认为可不设置等电位接地网;而对于110 k V及以上电压等级变电站,因为接地故障时有较高地电位差,变电站占地面积不大并受设备布局影响,站内的35 k V或10 k V电压等级的电缆屏蔽层中仍会产生地电位差电流,因此仍有必要设置等电位接地网。

2.2.2 开关场端子箱内的接地铜排要求

电缆的屏蔽层要求两端接地,为了保证接地故障时屏蔽层中不流过因地电位差产生的电流,端子箱处的等电位接地铜排也宜经过小绝缘子隔离安装,一侧(主要为现场端子箱侧)未安装小绝缘子时屏蔽层根据并联电路分流原理会有一定分流,但分流小于两侧都未安装小绝缘子的情况。从最大限度降低接地故障时电缆屏蔽层电流的角度分析,屏蔽电缆两侧的等电位接地铜排均应经小绝缘子隔离安装。

2.2.3 计量、测控等非继电保护屏柜的等电位接地铜排

计量、测控、PMU、远动、故录等装置均有防电磁干扰的要求,其二次电缆均为屏蔽电缆,屏蔽层均为两端接地,均应按照继电保护屏柜的要求进行等电位接地铜排的设置,即保护室、控制室、通信室内的所有屏柜均应按照继电保护屏柜的要求进行等电位接地铜排的设置。

2.2.4 智能变电站的等电位接地网

根据GB/T 7424.1-2003《光缆总规范第1部分:总则》附录A.4“雷击保护”内容,光纤对雷电冲击虽然不敏感,但雷击冲击会通过金属成分进入光缆,除可采取无金属光缆结构之外,用于保护光缆的方法与适用于较大长度电缆的方法相同[5]。分析认为,光缆的金属铠甲应接地运行,智能变电站的等电位接地网应与常规变电站相同看待。

2.2.5 发电厂主厂房(非升压站)电气屏柜等电位接地网

与变电站不同,发电厂继电保护涉及范围较大,既有接地系统也有不接地系统。接地系统必须设置等电位接地网,而发电厂厂房内的电气系统如发电机机端系统(15～27 k V侧)和高压厂用系统(6 k V或10 k V侧)均为不接地系统或小电流方式(大电阻)接地系统,低压厂用系统为接地系统(有较少的电厂低压系统为经大电阻的小电流系统),发电厂各电压等级间通过变压器隔离,厂房内电气系统发生接地故障产生的地电位差较小或电压较低,由电网侧接地故障产生的地电位差主要分布于升压站和主变范围内,在厂房内电位差较低,因此受地电位差影响明显的保护和测控等装置屏柜应连接到等电位接地网,如发变组保护、启备变保护、同期系统、励磁系统等设备屏柜;高压厂用系统在电网侧接地故障时地电位差不明显,低压厂用系统虽为接地系统但其马达保护器和测控装置均位于厂房内的不接地系统,因此高、低压厂用系统的屏柜可不必设置等电位地网。

3 结束语

a.继电保护和安全自动装置等二次装置的电缆屏蔽层均应双端接地,大电流接地系统的变电站各二次设备均应设置等电位接地网,等电位接地网的设计安装应严格按照反事故措施要求进行布置。

b.配置等电位接地网的继电保护室内的各屏柜下部应设置2个接地铜排,等电位接地铜排应经小绝缘子安装到屏柜上,直接接地铜排则直接安装到屏柜上,二次屏蔽电缆的屏蔽层接到等电位接地铜排上,其它接地线接到直接接地铜排上。

[1] GB/T 14285-2006. 继电保护和安全自动装置技术规程[S].

[2] 李宾皑.电力系统二次设备的接地和接地铜排的敷设[J].华东电力,2005,33(9):60-63.

[3] 张丽萍,袁建生,李中新,等.变电站接地网不等电位模型数值计算[J].中国电机工程学报,2000,20(01):1-3,69.

[4] 唐保峰,范辉,贺春光,等.二次系统等电位接地网的敷设[J].电力系统保护与控制,2009,37(14):112-115.

[5] GB/T 7424.1-2003,光缆总规范第1部分:总则[S].

本文责任编辑:谷丽娜

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

张兵海(1968-),男,教授级高级工程师,主要从事各类继电保护及自动装置的试验研究工作。