一起二次等电位接地网不规范引起保护误动事件分析

2018-09-12国投云南大朝山水电有限公司邓文涛

电力设备管理 2018年8期

国投云南大朝山水电有限公司邓文涛

0 引言

随着电力系统的快速发展，系统的短路容量越来越大，注入主接地网的短路电流也越来越大，大电流将在主接地网上产生电压差。如果二次系统接地点直接接入主接地网，会将主接地网中不平衡电压引入二次系统，可能导致二次设备异常或勿动。为了消除主接地网电压不平衡对二次系统的影响，需要在电厂或变电站内敷设二次系统等电位接地网。

1 事件概述

2016年某日，某发电厂1号主变保护B套高厂变差动保护动作，跳发电机出口断路器801，同时启动1号主变高压电缆保护B套，远跳500kV第一串5012、5013断路器。

图一 1号发变组接线简图

图一为该电厂1号发变组接线简图。事故发生前运行状态为：500kV第一串合环运行； 1号发电机处于停机热备用状态，机组出口断路器801断开，1号主变（1B）高压侧隔离开关50136处于合位；10kV厂用电IM进线开关091断开，1号厂高变（1GCB）空载运行。

当晚，电厂继电保护专业人员正在进行10kV开关091断路器保护装置（国电南自NAS-921）CPU插件与交流采集插件更换工作。工作完成后，专业人员开始拆除试验仪器接线，恢复安全措施。在恢复安全措施过程中，专业人员接到运行人员通知“1号主变B套保护装置高厂变差动动作，启动1号主变高压电缆B套保护远跳出口，1号主变高压电缆B套保护动作跳开5012及5013开关”。

2 原因分析

调取1号主变B套保护装置动作波形，高厂变A、C相差流为0，B相差流最大达到0.342Ie（Ie为高厂变额定二次电流），大于高厂变差动保护定值（高厂变差动保护定值为0.3Ie）。差流由高厂变低压侧B相产生。1号主变B套保护装置高厂变差动动作后，出口跳801开关，同时启动1号主变高压电缆B套保护远跳出口，1号主变高压电缆B套保护动作跳开5012及5013开关。

检查一次设备无异常，检查1号主变B套高厂变保护装置正常采样及动作逻辑正常，检查高厂变差动保护电流回路正常。经调度许可，将5012、 5013断路器、1号主变、1号高厂变复电。1号发电机开机并网后检查1号主变B套保护装置采样及差流情况，1号高厂变各侧电流均采样正常，均无差流。

通过以上分析，可以排除一次设备、保护装置及电流二次回路故障原因。分析1号主变B套高厂变差动保护低压侧电流回路，电流回路接线图如图二所示。

图二 B套高厂变差动保护低压侧电流回路图

由图可知，高厂变低压侧电流先进入10kV 091断路器保护装置NAS-921，后进入弧光保护装置VAMP221，再进入备自投装置NAS-923T，最后进入1号机组B套主变保护柜。图二中虚线框内的设备都在10kV 断路器091开关柜内。

本次工作中，工作人员布置安全措施为：短接D13、D14、D15、D16、D17、D18端子排进线侧接线，并用临时接地线将短接端子排接地，确保CT有接地点；划开D13、D14、D15、D16、D17、D18端子排；解脱091断路器保护装置NAS-921背板端子107、108、109、119、120、121上接线A421、B421、C421、A422、B422、C422，并用绝缘胶布包好。安措图如图三所示。红色部分标示该连片划开。

图三安全措施布置图

本次跳闸发生在工作人员恢复091断路器保护装置NAS-921背板电流端子接线过程中。通过分析图三（安全措施布置图），如果在恢复NAS-921保护装置120端子接线B422回路接线时，B422电缆端子碰到保护装置外壳，由于NAS-921保护装置通过215端子接地，将会形成一个电流回路通路，如图四所示。

图四中，如果在恢复B422电缆接线时，端子碰到NAS-921保护装置外壳，将会通过该装置接地点215端子与主变保护柜接地点形成回路，如图四中红色线所标记回路。

图四故障电流通路图

该电厂1号主变保护柜CT接地点接在主厂房二次等电位接地网上。10kV 091断路器开关柜位于10kV配电室，该配电室内没有专用二次等电位接地网，二次设备接地点直接与主接地网连接。1号主变保护B柜与091断路器开关柜在二次电缆桥架方向距离约200米。由于两个盘柜距离较远，并且不在同一个二次等电位接地网上，图四中两个接地点之间存在电位差，导致回路上产生电流，该电流大于差动保护动作电流，导致保护误动跳闸。

为了验证以上结论的正确性，工作人员从1号主变保护B柜内CT接地铜牌处敷设一根2.5平方单芯铜线至10kV 091断路器开关柜。用万用表测量1号主变保护B柜内接地点与091断路器开关柜接地点间的电位差为71.9mV，与091断路器保护装置NAS-921外壳间的电位差为73.5mV。用万用表测量该2.5平方单芯铜线电阻为0.289Ω。

计算回路间电流大小：

高厂变（1GCB）容量为4800VA，低压侧CT变比为500/1，则主变低压侧额定电流为：

1号主变B套高厂变差动保护动作时低压侧电流大小为0.342Ie，折算为实际二次电流为：

由以上计算可知I1电流大于动作电流ID。由于上述计算I1时没有考虑NAS-921保护装置、弧光保护装置及主变保护装置电阻，且实际二次电流回路所用电缆为4平方铜线，加上测量误差，保护装置动作时二次回路上电阻会略大于0.289Ω，所以保护动作时的电流为0.18A。

通过上述分析可知，本次事故的原因为：工作人员在恢复B422电缆接线时误碰到091断路器NAS-921保护装置外壳，由于1号主变保护B套盘柜CT接地点与091断路器开关柜二次接地点间存在点位差，该回路形成电流，导致1号主变保护B套高厂变差动保护误动。

3 二次等电位接地网的敷设

本次事故的直接原因是恢复电流回路接线时碰到装置外壳，深层次原因是主厂房二次等电位接地网未延伸至10kV开关柜配电室，没有形成一个总的二次等电位接地网。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（2012修订版）、国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》以及南方电网公司《南方电网电厂涉网保护安全检查作业表单（V1版）》都对二次等电位接地网做了详细说明。由于各单位理解上的差别，加上电厂复杂的系统，导致目前很多电厂在执行二次等电位接地网过程中有很多不相同的地方，敷设方式多种多样。以下结合有关反措和规范中关于等电位接地网的理解和其它单位及我厂的实际做法，阐述对水力发电厂等电位接地网敷设应该遵循的原则和需要注意的问题。

3.1 等电位接地网敷设总原则

根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（2012修订版）、国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》以及《南方电网电厂涉网保护安全检查作业表单（V1版）》中有关规定，在主控室、保护室、配电室、敷设二次电缆的沟道、开关场的就地端子箱及保护用结合滤波器等处，应使用截面不小于100 平方毫米的裸铜排（缆）敷设与主接地网紧密连接的等电位接地网。对于水力发电厂，由于系统复杂，布置各异，需要按照不同区域敷设等电位接地网。

室内二次等电位网，如保护室、控制室、配电室内，应在屏柜下层的电缆桥架上按照屏柜的布置方向敷设100 平方毫米的专用铜牌，铜牌不能直接固定在电缆桥架上，应用绝缘子将铜牌与电缆桥架隔离。将该专用铜牌的首尾两端用放热焊接法连接好，形成 “目”字型闭环回路，构成保护室、控制室、配电室内的等电位接地网。在“目”字型等电位接地网四个角处分别用截面不小于50 平方毫米铜缆（或铜牌）引至电缆竖井处主接地网，用螺栓将这四根铜缆（或铜牌）在一点处与电缆竖井处主接地网可靠连接。发电机层，有些电厂有专门的发电机小室，这样布置的结构可以参考保护室、控制室等电位接地网敷设方法。有些电厂发电机层盘柜布置在发电机一侧，呈“一”字布置，可以在盘柜下层的电缆桥架上按照盘柜布置方向敷设100 平方毫米的专用铜牌，铜牌用绝缘子与电缆桥架隔离。若保护室、控制室、配电室和发电机层不在同一个高层，有些可能距离很远，比如地下厂房式水电站，发电机层和保护室距离一般都较远。为了将地下厂房区域二次等电位接地网与地上部分室内二次等电位接地网相连，需要通过100 平方毫米铜缆将地下厂房二次等电位接地网延伸至地上部分二次等电位接地网，在保护室内电缆竖井处主接地网一点接地。

室外等电位接地网，主要指开关站GIS现地汇控柜，应按照现地汇控柜布置方向敷设100 平方毫米的专用铜牌，铜牌用绝缘子与电缆桥架隔离。同时，该等电位接地网也需要延伸至保护室内电缆竖井处主接地网一点接地。这样就构成了整个厂房的二次等电位接地网。

3.2 保护盘柜、控制盘柜及端子箱与二次等电位接地网连接方式

保护、通信、调速、励磁、监控系统等盘柜内底部应设置两根截面为100 平方毫米铜牌，其中一根和屏柜直接连接，另外一根用绝缘子与屏柜隔离。由于固定盘柜的槽钢直接与主接地网相连，与屏柜直接连接的铜牌上压接柜内装置接地线，可以保证设备外壳与主接地网可靠连接。柜内CT接地点、控制电缆屏蔽层、通信电缆屏蔽层、同轴电缆屏蔽层等接地点均用4 平方毫米多股黄绿相间接地线与柜内通过绝缘子隔离的铜牌可靠压接，该铜牌在通过50 平方毫米多股铜缆与盘柜下二次等电位接地网可靠连接。

GIS现地汇控柜内部应设置一根截面为100 平方毫米铜牌，所有控制电缆的屏蔽层及柜内设备的接地点均接在此铜牌上，该铜牌在通过50 平方毫米多股铜缆与盘柜下二次等电位接地网可靠连接。GIS现地PT转接柜内部应设置两根截面为100 平方毫米铜牌，其中一根和屏柜直接连接，另外一根用绝缘子与屏柜隔离。各PT二次回路N线统一在PT转接柜内分别用4 平方毫米多股黄绿相间接地线与屏柜绝缘的铜牌可靠连接，该铜牌通过50 平方毫米多股铜缆与盘柜下二次等电位接地网可靠连接。

对于有多个PT转接柜的情况，需要用100 平方毫米多股铜缆将各个PT转接柜带绝缘的铜牌连接，最终在其中一个盘柜内通过50 平方毫米多股铜缆与盘柜下二次等电位接地网可靠连接，确保N600接地点只有一个。

对于发电机来讲，每台机组布置相对独立，机组CT、PT端子箱也相对独立。CT、PT端子箱内应布置两根截面为100 平方毫米铜牌，其中一根和端子箱直接连接，另外一根用绝缘子与端子箱隔离。CT、PT的N线与带绝缘子的铜牌可靠连接，该铜牌通过50 平方毫米多股铜缆与发电机层等电位接地网可靠连接。其它端子箱内只需布置一根截面为100 平方毫米铜牌，端子箱本体接地线及控制电缆屏蔽层接地线均接在此铜牌上，该铜牌在通过50 平方毫米多股铜缆与端子箱区域二次等电位接地网可靠连接。

3.3 二次等电位接地网敷设存在的问题

目前，按照相关文件及反措要求，各单位都建立了二次等电位接地网。由于各单位对文件及反措理解的不同，有些细节文件及反措中也未明确说明，各单位在执行过程中存在各种情况。但比较普遍且容易出问题的应该有以下几个：

各区域间二次等电位接地网未连接起来，组成一个完整的二次等电位接地网。

各区域间二次等电位接地网已连接，但与主接地网接地点设置不对。很多在各自区域内将二次等电位接地网与该区域主接地网直接相连，这样会将主接地网的电压差引入二次等电位接地网，造成二次等电位接地网电位不同。二次等电位接地网最重要的一点就是整个二次等电位接地网只能在一点处与主接地网连接，各区域二次等电位接地网都需通过铜缆将接地点延伸至一个位置与主网一点接地。

盘柜内接地点接法各不相同。保护盘柜、通信盘柜、控制盘柜内有两根接地铜牌，一根与盘柜绝缘，一根与盘柜直接连接。CT接地点、控制电缆屏蔽层、通信电缆屏蔽层必须接在绝缘铜牌上，绝缘铜牌通过50 平方毫米多股铜缆与二次等电位接地网可靠连接。实际执行中，很多单位没有按照此要求执行，比如控制电缆屏蔽层接在与盘柜直接相连的铜牌上等随意接地情况。