继电保护接地及抗干扰几个问题探讨

2017-06-28徐鹏

水力发电 2017年4期

关键词：铜排互感器继电保护

徐鹏

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

继电保护接地及抗干扰几个问题探讨

徐鹏

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

随着微机继电保护、综合自动化系统越来越先进,系统集成度越来越高,对电磁环境的要求也就不断提高,所以变电站二次系统抗干扰研究愈发得重要。对厂站建立等电位接地网概念和必要性、与主接地网及安全接地网关系、敷设施工等方面易混淆的几个问题进行了梳理和探讨。结合继电保护二次系统运行要求,对互感器接地的运行、二次抗干扰措施进行了探讨。

等电位接地；二次系统；抗干扰；继电保护

0 引言

当前,出于工作接地、防雷接地、安全接地的目的,在发电厂、变电站区域敷设以水平接地极为主的人工接地网(以下简称“主接地网”)已无任何异议,GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》、NB/T 35050—2015《水力发电厂接地设计技术导则》[1-2]也对此有了专门的规定,本文不再专门论述。但对于二次系统接地,长期以来仅被当作为了保护电气设备和人身安全的一般接地技术,由于施工条件不一,各种接地的概念繁多易混淆,各个设计和施工单位对此存在理解偏差,运行单位也未引起足够重视,二次接地网运行状况不是很理想。随着微机继电保护、综合自动化系统越来越先进,系统集成度越来越高,对电磁环境的要求也就不断提高,所以变电站二次系统抗干扰研究愈发重要。

1 等电位接地网的建立

1.1 建立等电位接地网的必要性

多年来的研究表明,可靠的接地是减少对二次设备电磁干扰的有效措施。在发电厂、变电站中,都已敷设了“主接地网”,但由于主接地网的接地体本身存在一定的电阻和电感,要做到主接地网上的各点完全等电位是不可能的。当大电流接地系统发生单相或两相接地短路时,变电站的主接地网中会流过很大的故障电流,此电流流过接地体时会产生电压降,使得变电站内各点的地电位有很大差别,同一回路通过电缆连接到厂站不同区域并且有多点接地时,各接地点间地位差就会在连接的电缆芯中产生电流。

等电位接地网将其各点可能产生的电位差降到了最低,保证了接在等电位面上的各二次回路对地绝缘良好,有效地避免了将主接地系统的电位差引入到二次系统干扰二次回路的正常运行。因此在变电站内敷设既独立又与主接地网紧密联系的二次系统接地网(即等电位接地网)是十分必要的。相关规程及反事故措施[3- 4]已明确规定220 kV及以上变电站应敷设独立的二次接地网。

1.2 等电位接地网的敷设

根据规范要求,应在主控室、保护室、敷设二次电缆的沟道、开关站的就地端子箱及保护用结合滤波器等处,使用截面积不小于100 mm2的裸铜排(缆)敷设与主接地网紧密连接的等电位接地网,敷设示意见图1所示。对于等电位接地网的敷设要求,近年来的一些反事故措施和设计规范[3- 4]要求已经比较具体,在此不再一一叙述。新建厂站在设计、施工阶段按照反措要求敷设即可,已经投产但未建立等电位接地网的厂站,可以结合设备检修,逐步建立覆盖整个厂站的二次接地系统。

图1 等电位接地网敷设示意

1.3 关于开关站一次设备本体的等电位网

根据等电位接地网的功能定义,理论上应该敷设从一次设备本体至就地端子箱之间的等电位接地铜排,但由于开关站一次设备众多、分布较广,敷设等电位铜排(缆)除了消耗相当数量的铜缆之外,施工难度也极大,故是否随着控制电缆敷设等电位接地铜排(缆)各个规程规定存在区别。

在《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(修订版)中有如此描述：“一次设备本体至就地端子箱之间的二次电缆屏蔽层在就地端子箱处单端使用截面不小于4 mm2多股铜质软导线可靠连接至等电位接地网的铜排上,在一次设备的接线盒(箱)处不接地”,这也是在开关站一次设备本体处不装设接地网的一个理论依据。而NB/T 35010—2013《水力发电厂继电保护设计规范》则删除了二次电缆屏蔽层“在一次设备的接线盒(箱)处不接地”的描述。由于开关站一次设备与就地端子箱一般位置较近,二次电缆较短且穿过与主接地网连接良好的金属管,二次电缆屏蔽层在就地端子箱处单端接地时,电缆屏蔽层中没有电流流过,接地故障时二次电缆承受的电位差即为地电位升高,该电位差直接施加在二次电缆的绝缘上,现阶段的二次电缆绝缘的交流耐压一般都能满足要求。因此,对于是否在开关站一次设备本体处敷设等电位铜牌,具体可根据工程实际情况而定。

1.4 等电位接地网施工中需要注意的其他几个问题

(1)继电保护室、开关站及户外端子箱等不同地点的接地网,处于同一等电位接地网下时,必须保证不同区域之间的接地网可靠连接,防止两个接地网只用控制电缆屏蔽层连接,当雷电流或者短路电流注入使得两部分接地网之间有电位差时,导致屏蔽电缆外皮烧损。

(2)在沟道、电缆夹层内铜排须绝缘敷设,即需要用绝缘瓷瓶来固定接地体。等电位接地体应绝缘敷设,原因是如果等电位接地体不绝缘的话,易造成多点接地,等电位接地体里会有电流流过,或者窜入干扰信号,失去其作用。

(3)铜排连接时需搭接并焊接,搭接截面不小于连接导体的最小截面,保证等电位接地体在各种环境条件下,经过腐蚀、机械损伤、长期经过大电流等长时间的运行考验,仍能可靠连接。对于专用铜排首尾两端连接,很多规范和反措都推荐使用放热焊接法连接,这种连接方法可以有效防止现在通常采用的电焊焊接或螺栓压接时,容易在铜排连接处容易留下空隙,不能反复承受大电流的冲击。

2 需要理清的几个问题

2.1 等电位接地网与主接地网的关系

等电位接地网既与主接地网相对独立,又密切联系,若等电位接地网不与主接地网连接,等电位接地网的接地电阻不能满足设计要求。等电位接地网需独立敷设且须与主接地网绝缘敷设,同时保护室内的等电位接地网又仅在一点与主接地网连接,二次电缆沟道内的等电位接地网在保护室及开关场的就地端子箱处与主接地网连接。

2.2 等电位接地网与安全接地网的区别

等电位接地是保障继电保护等二次系统设备可靠运行的接地网,跟安全接地(有些地方也叫保护接地,说法不统一)有区别,安全接地是由于电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等,在绝缘损坏的情况下可能带电,为防止其危及人身和设备的安全而设置的,GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》中对安全(保护)接地有专门的描述：“为电气安全,将系统、装置或设备的一点或多点接地”。因此,要将等电位接地与安全(保护)接地区分开来,实际上这里的“安全(保护)接地网”是主接地网的一部分,它跟主接地网不绝缘敷设,而等电位接地网跟主接地网是绝缘敷设的,这是等电位接地网与安全(保护)接地网的主要区别。

理解了安全(保护)与等电位接地的概念,就能在设备运行维护中做到有的放矢。对于已经投运的厂站,如果保证和屏柜、电缆支架紧靠的土建预埋件、基础刚构件能与主接地网可靠连接,可以不再单独敷设专门的安全(保护)接地网,但是一定要将安全(保护)接地跟等电位接地区分开来。目前大部分厂站,一般在保护及控制屏、柜、箱的底部都设有两段接地铜排,其中一段用作等电位接地,用绝缘子固定,连接到等电位接地网；另一段用作安全(保护)接地,直接和屏、柜、箱框架固定,连接到主接地网。

因为保护盘柜内存在两个接地网,这里就要对柜内设备的各类接地进行区分,一般二次电流、电压的中性点,电缆屏蔽层,电子装置的逻辑接地点(与小箱壳体绝缘时)接入等电位接地网；屏柜外壳的带电部分,电缆的铠装层、电缆保护管,电子装置的逻辑接地点(与小箱壳体连接或浮空时)接到主接地网,即安全接地网。

3 互感器保护接地的运行

电流及电压互感器二次回路必须有一点接地,其目的是保证人身和二次系统的安全,有观点认为,该接地点的作用是防止互感器一次、二次发生击穿将高压引到二次,因此简单理解为在互感器正常运行过程中,短时断开该保护接地是可行的。事实上,在继电保护设备改造、查找多余接地点时临时解开互感器的保护接地点可大大提高工作的便利性,但是实际上存在较大的风险。

图2为互感器引入的二次电压,假定互感器一次绕组电压为U1,引入到二次绕组对地电压为U2,互感器一次、二次绕组间的电容量为Cm,二次绕组其所接回路的对地电容为Cg,则

图2 互感器引入的二次电压

U2=Cm/(Cm+Cg)×U1

根据上式可知,若二次回路不接地,Cg的数值不大,相应的U2就可能达到很高的数值,从而危及二次设备及人身安全；如果二次回路上有一点接地,Cg数值将趋于无穷大,U2也就极小,从而保障了二次绕组无高电压。因此,运行中的互感器保护接地,必须保证其在可靠连接状态,且不能存在多个接地点,这个应当在互感器现场工作规程中明确规定。

4 总结

对于二次系统抗干扰,本身就是一个庞大的课题,建立等电位接地网并根据设备性能、特点制定科学的接地方法,是有效保障二次设备可靠运行的基础。对于变电站二次系统抗干扰的研究,首先必须是由二次系统各设备的生产商完成技术革新,提高二次系统各设备自身的抗干扰能力,同时减少对其他设备的电磁干扰,提高各个设备和系统整体的电磁兼容性；其次是运行单位通过对变电站内部设备的设计、安装和运行进行合理管理,结合自身设备安装特点,改进内部设备的设计、安装和运行条件,减少二次系统电磁干扰,为二次系统的安全运行提供一个适宜的电磁环境。

[1]GB/T 50065—2011 交流电气装置的接地设计规范[S]．

[2]NB/T 35050—2015 水力发电厂接地设计技术导则[S]．

[3]中国南方电网有限责任公司.南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编(2014年)[M].北京：中国电力出版社, 2016．

[4]国家电网公司运维检修部. 国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)及编制说明[M]. 北京：中国电力出版社, 2012．

[5]NB/T 35010—2013 水力发电厂继电保护设计规范[S]．

[6]卢建华, 曹效义, 菅晓清. 变电站内各类接地及其接地网[S]. 电气技术, 2014(12)： 127- 131．

(责任编辑焦雪梅)

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