互感器二次回路中两点接地事故的分析与预防引言

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1、互感器二次回路中两点接地事故的分析与预防 引言互感器二次回路中两点接地事故的分析与预防 引言 当前电力运行系统中，继电保护借助电流/电压互感器能显示系统中电力设备所有电流、电 压信息，准确提供电力设备在运行中的二次测量值，是确保系统安稳运行的首道防线。目前 电力运行系统对继电保护多采用微机保护， 计算能力强， 可用软件对各种复杂保护进行分析。 研究继电保护下电压互感器中二次断线的检测方法， 对二次单相及多相断线中可能出现的保 护误动给予闭锁，避免因为误动导致系统故障，影响电力系统运行。本文主要对电压互感器 二次回路中两点接地事故对继电保护影响、原因及防范措施进行详细阐述。 1 两点接地下的误动

2、事故两点接地下的误动事故 TA、TV 二次回路多分布在室外，连接设备多，分布范围广，在运行过程中因为运行时间长 出现绝缘老化，或在一些人为因素下会出现两点接地。 TA、TV 二次回路一旦出现了两点 接地，保护装置保护动作不正确，会引起大面积停电，威胁电网运行安全。下面对 TA、TV 二次回路中两点接地事故进行详细分析。 1.1 TA 二次回路二次回路 2011 年 9 月 18 日，山西西山热电站 220 kV 变电站中 220 kV 母线旁路的 201 线路内 1 条线 路在断路器运行状态下，1 条 110 kV 出线 W 出现了接地性故障。这条线路所属断路器对接 地故障正确判断，保护性跳闸

3、。与此同时，201 断路器对此故障误跳闸，201 线路两侧 W 相 断路器出现跳闸，实现重合。 对故障进行检查中发现， 此变电站电缆都是年初进行更新的， 但对室外一次设备区的端子箱 进行拆除检查时发现，线路中仍存在其它接地点。而此次故障的主要原因为：201 断路器发 出的保护电流通过回路在 2 号主变压器电缆头位置嵌入到了 N 相线心，并因此导致 201 线 路中的保护电流回路在室外端子箱处出现了两点接地， 而接地点分别位于微机保护下的零序 绕组两侧。具体如图 1 所示，图 1 中，U、V、W、N 分别为 201 断路器下的并联线路，G 点为线路中两点接地点。 Ik 为保护回路电流， A。当系

4、统出现接地故障时，故障一次电流 会在 2 个接地点位置之间出现电位差， 此电位差会在保护零序绕组内演变成附加电流， 使采 样电流出现异常，角度出现反相，使零序电流方向保护进入到动作区域，断路器在保护动作 下出现保护性跳闸。图 1 TA 二次回路的两点接地故障示意图 1.2 TV 二次回路二次回路 2012 年 2 月 12 日，山西西山热电站 110 kV 变电站(长荣热电站)在扩容增容后，使用前进行 检查的过程中发现，当用 110 kV 进行模拟进线时，151 线路出口处会发生 W 相金属性接地 短路，而保护装置在启动后没有发生保护动作。经过采样分析，W 相电压不是 0 V，且三相电压幅值及

5、相位同正常状态比较均出现了偏移。 对电压回路进行绝缘检查过程中发现， 控制 室内接地点在打开后，还存在有其它接地点。经过检查，110 kV 线路内 4-9 TV 端子箱中二 次绕组，其二次回路经 ZnO 的避雷器接地点已被击穿，从而导致 TV 二次回路中出现了两 点接地，具体如图 2 所示，图 2 中，U、V、W、L 分别为 201 断路器下的并联线路，N 为 保护电流回路，G 点为线路中两点接地点。当电力系统一次系统出现两点接地故障之后，在 接地两点位置会形成相应电位差， 从而导致保护装置对回路电压值不能正确测量， 电压波形 出现畸变，方向元件不能进行正确保护动作，最终导致了保护性拒动出现。

6、图 2 TV 二次回路的两点接地故障示意图 ZnO 2 两点接地下的误动事故分析两点接地下的误动事故分析 2.1 TA 二次回路二次回路 TA 二次回路中出现两点接地会出现电流分流，如果 2 个接地点分别位于继电保护装置中电 流绕组两侧，那么接地点同地会构成 1 个并联性回路，继而电流绕组出现短路，能通过保护 装置绕组的电流会大大减少。同时当出现两点接地故障时，2 个接地点位置的电位差会在二 次绕组之上产生额外电流， 系统保护装置内的流入电流同电流互感器二次所感应的电流间存 在极大差异，致使保护装置出现保护性误动。 要避免 TA 二次回路中出现两点接地故障， TA 二次回路应只存在 1 个接地

7、点。 共用的 TA 二 次回路应安装在距离保护柜屏 100 mm2 内的接地铜排之上，在保护柜屏中 1 点接地。其它 独立的二次回路应将接地点设置在配电装置的端子处。备用 TA 二次回路绕组需从根部引入 到端子箱，在端子箱 100 mm2 内的接地铜排处进行可靠接地。 2.2 TV 二次回路二次回路 对于电压互感器来讲，互感器有 2 个任务：a) 需要将高电压按照比例转换为低电压，以达 到测量仪表的测量需求;b) 要将电力系统中高电位、低电位 2 个电位下的测量仪表同继电保 护分开，确保运行人员及设备安全。 如果 TV 二次回路中没有接地点，TV 上高电压在互感器中一次线圈及二次线圈间的电容，

8、 同二次回路中产生的对地电容间形成 1 个分压， 并将高电压引入至这个二次回路之中。 但如 果 TV 二次回路内存在一点接地，那么二次回路中对地电容就是 0 ，就能确保电网安全 运行。 要避免 TV 二次回路中出现两点接地故障，TV 二次回路应只设计 1 个接地点。共用 TV 二 次回路只能在控制室中存在 1 个接地点， 且各个 TV 中性线不能同可能断开的熔断器或断路器相连接。 其它独立的二次回路应在控制室中或一次设备区中实现一点接地， 并要将接地点 设置在户外端子箱 100 mm2 内接地铜排处。高点电容器组下的 TV 二次回路需在一次设备 区内实现一点接地。 3 两点接地的判断方法两点接

9、地的判断方法 在电力系统运行过程中， 对于 TV 二次回路常用判别两点接地故障的方法有录波图分析法及 测量判断分析法。下面对这两种方法进行详细分析。 3.1 录波图分析法录波图分析法 图 3 给出了 TV 二次回路中两点接地出口出现 c 相的金属性接地时线路母线的三相电压波形 图，从上至下分别为 a、b、c 这三相的波形，故障前这三相电压都是对称的，而故障后三相 电压波形图变化明显，a 相电压明显减小，b 相电压显著增大，而出现故障的 c 相电压在理 论上本应为 0 V，但是现在却存在较大值。图 3 TV 二次回路两点接地故障的现场波形图 3.2 测量判断分析法测量判断分析法 在理论上，TV

10、二次回路中三相电压负载平衡状态下，中性线的电位电压应为 0 V，当中性 线在控制室中实现一点接地， 那么开关场中性线经交流电压下在线监测装置对两点接地进行 检测的二次线的电流应该是 0 A， 或出现微小电流。 但如果 TV 二次回路中存在多个接地点， 且接地点存在较远空间距离， 接地点内会产生较大电流。 如果中性线在控制室外存在接地点， 第二接地点同主控制室内的接地点间会产生明显电位差， 在此电位差下会产生远大于 10 mA 的电流。定期用钳形电流表对 TV 二次回路中公共接地点电流值进行测量，就能对 TV 二次 回路是否存在多点接地进行有效判断。 4 互感器二次回路中两点接地事故的预防互感器

11、二次回路中两点接地事故的预防 在电力系统运行过程中，要确保系统稳定运行，预防二次回路中两点接地事故，应在电网设 计、 安装及后期维护各个环节都采取相应防范措施， 对两点接地事故进行全过程及全方位的 监管，这样才能将二次回路中因为两点接地导致的安全事故防患于未然。下面分别阐述。 4.1 电网设计电网设计 在电网设计过程中， 要预防两点接地事故出现， 设计人员需对系统中继电保护及各种自动装 置的反事故特点及措施有全面了解， 并按照装置的反事故措施要求进行全面设计。 在设计中 主要注意以下几点：a) 在电力系统中，如果电流回路是几组电流互感二次直接组合所得， 那么变压器的各种保护(包括有角形开关、2

12、/3 开关主结线保护、母线差动保护、变压器差动保护等)都需要达到一点接地，高阻的差动回路不包括在内。且这个接地点需装设在被保护 屏柜中的接地铜排之上。而且在设计中各绕组需分别接地设计，接地不能出现串接;b) 同其 它电流互感器不产生电联的独立电流回路，接地点应装设于位于户外端子箱这一配电装置 100 mm2 内的接地铜排之上;c) 电流互感器中所有二次回路都需设计 1 个接地点，且此接地 点需设计在配电装置端子处;d) 所有差动保护下的二次回路都需保持相互独立，应在配电装 置经端子处选择最适宜的接地点进行接地设计。 4.2 安装调试安装调试 在电网安装调试过程中， 要预防两点接地事故出现， 安

13、装调试人员不仅需对系统中继电保护 及各种自动装置的反事故特点及措施有全面了解， 而且还要熟悉反措施内容， 对于安装中同 反措施要求不相匹配的措施进行及时修改， 防范两点接地事故出现。 主要来讲应注意下面几 点：a) 如果电流互感器在接线箱中设置了限流片，那么对各个绕组的限流片在施工前都要 对其接线工艺进行检查， 如果是多股线需将压线连接到端子上;b) CT 变比在选取上尽量选二 次额定电流在 5 A 时的变比，例如选择 4 000/5 等;c) 在任意 CT 回路接地中，如果要改变接 地点，不仅需严格遵守安装规程，在改变前还需进行相关实验;d) 对于电力系统内的复杂继 电保护，在安装调试过程中

14、需严格按照继电保护安全措施票要求进行操作。 4.3 运行维护运行维护 在电力系统后期运行维护中，维护人员需利用设备停电、保护校验等一切时机，对二次回路 进行接地及绝缘检查， 如不满足设计要求， 要及时整改， 消除潜在隐患。 在一次设备区域中， TV 二次绕组的中性点如果需经放电间隙或 ZnO 阀片来接地，需定期对其检查，检查是否出 现击穿，预防两点接地出现。主要来讲需注意：a) 定期对运行保护设备进行现场检查，检 查二次回路接线，发现有两点接地需及早改造，杜绝接地事故出现;b) 对新设备需定期做带 负荷检查，检查中性线回路电流是否满足要求。新设备在运行前必须进行此项检查;c) 如果 电力系统涉及到回路变更， 要对回路接地点进行仔细核查， 确保接地点实际位置符合要求后， 按照绕组数量级实际投入进行台账设置， 并结合实际案例， 定期对维护人员进行保护反措施 培训，不断提高维护人员工作水平。 5 结语结语 在电力系统运行过程中，二次回路是系统安全稳定运行的首道保障，作用至关重要。电力系 统运行过程中， 为确保继电保护及其自动装置能正确工作， 必须保证二次回路电气连接拥有 1 个最为可靠的接地点，在运行中不能出现两点接地。在系统设计、安装调试及运行维护的 各个环节都做好防范措施，将多点接地隐患消除于未然，这样才能确保电网稳定可靠运行， 确保供电安全。