一起二次等電位接地網不規范引起保護誤動事件分析

國投云南大朝山水電有限公司 鄧文濤

0 引言

隨著電力系統的快速發展，系統的短路容量越來越大，注入主接地網的短路電流也越來越大，大電流將在主接地網上產生電壓差。如果二次系統接地點直接接入主接地網，會將主接地網中不平衡電壓引入二次系統，可能導致二次設備異常或勿動。為了消除主接地網電壓不平衡對二次系統的影響，需要在電廠或變電站內敷設二次系統等電位接地網。

1 事件概述

2016年某日，某發電廠1號主變保護B套高廠變差動保護動作，跳發電機出口斷路器801，同時啟動1號主變高壓電纜保護B套，遠跳500kV第一串5012、5013斷路器。

圖一 1號發變組接線簡圖

圖一為該電廠1號發變組接線簡圖。事故發生前運行狀態為：500kV第一串合環運行； 1號發電機處于停機熱備用狀態，機組出口斷路器801斷開，1號主變（1B）高壓側隔離開關50136處于合位；10kV廠用電IM進線開關091斷開，1號廠高變（1GCB）空載運行。

當晚，電廠繼電保護專業人員正在進行10kV開關091斷路器保護裝置（國電南自NAS-921）CPU插件與交流采集插件更換工作。工作完成后，專業人員開始拆除試驗儀器接線，恢復安全措施。在恢復安全措施過程中，專業人員接到運行人員通知“1號主變B套保護裝置高廠變差動動作，啟動1號主變高壓電纜B套保護遠跳出口，1號主變高壓電纜B套保護動作跳開5012及5013開關”。

2 原因分析

調取1號主變B套保護裝置動作波形，高廠變A、C相差流為0，B相差流最大達到0.342Ie（Ie為高廠變額定二次電流），大于高廠變差動保護定值（高廠變差動保護定值為0.3Ie）。差流由高廠變低壓側B相產生。1號主變B套保護裝置高廠變差動動作后，出口跳801開關，同時啟動1號主變高壓電纜B套保護遠跳出口，1號主變高壓電纜B套保護動作跳開5012及5013開關。

檢查一次設備無異常，檢查1號主變B套高廠變保護裝置正常采樣及動作邏輯正常，檢查高廠變差動保護電流回路正常。經調度許可，將5012、 5013斷路器、1號主變、1號高廠變復電。1號發電機開機并網后檢查1號主變B套保護裝置采樣及差流情況，1號高廠變各側電流均采樣正常，均無差流。

通過以上分析，可以排除一次設備、保護裝置及電流二次回路故障原因。分析1號主變B套高廠變差動保護低壓側電流回路，電流回路接線圖如圖二所示。

圖二 B套高廠變差動保護低壓側電流回路圖

由圖可知，高廠變低壓側電流先進入10kV 091斷路器保護裝置NAS-921，后進入弧光保護裝置VAMP221，再進入備自投裝置NAS-923T，最后進入1號機組B套主變保護柜。圖二中虛線框內的設備都在10kV 斷路器091開關柜內。

本次工作中，工作人員布置安全措施為：短接D13、D14、D15、D16、D17、D18端子排進線側接線，并用臨時接地線將短接端子排接地，確保CT有接地點；劃開D13、D14、D15、D16、D17、D18端子排；解脫091斷路器保護裝置NAS-921背板端子107、108、109、119、120、121上接 線A421、B421、C421、A422、B422、C422，并用絕緣膠布包好。安措圖如圖三所示。紅色部分標示該連片劃開。

圖三 安全措施布置圖

本次跳閘發生在工作人員恢復091斷路器保護裝置NAS-921背板電流端子接線過程中。通過分析圖三（安全措施布置圖），如果在恢復NAS-921保護裝置120端子接線B422回路接線時，B422電纜端子碰到保護裝置外殼，由于NAS-921保護裝置通過215端子接地，將會形成一個電流回路通路，如圖四所示。

圖四中，如果在恢復B422電纜接線時，端子碰到NAS-921保護裝置外殼，將會通過該裝置接地點215端子與主變保護柜接地點形成回路，如圖四中紅色線所標記回路。

圖四 故障電流通路圖

該電廠1號主變保護柜CT接地點接在主廠房二次等電位接地網上。10kV 091斷路器開關柜位于10kV配電室，該配電室內沒有專用二次等電位接地網，二次設備接地點直接與主接地網連接。1號主變保護B柜與091斷路器開關柜在二次電纜橋架方向距離約200米。由于兩個盤柜距離較遠，并且不在同一個二次等電位接地網上，圖四中兩個接地點之間存在電位差，導致回路上產生電流，該電流大于差動保護動作電流，導致保護誤動跳閘。

為了驗證以上結論的正確性，工作人員從1號主變保護B柜內CT接地銅牌處敷設一根2.5平方單芯銅線至10kV 091斷路器開關柜。用萬用表測量1號主變保護B柜內接地點與091斷路器開關柜接地點間的電位差為71.9mV，與091斷路器保護裝置NAS-921外殼間的電位差為73.5mV。用萬用表測量該2.5平方單芯銅線電阻為0.289Ω。

計算回路間電流大小：

高廠變（1GCB）容量為4800VA，低壓側CT變比為500/1，則主變低壓側額定電流為：

1號主變B套高廠變差動保護動作時低壓側電流大小為0.342Ie，折算為實際二次電流為：

由以上計算可知I1電流大于動作電流ID。由于上述計算I1時沒有考慮NAS-921保護裝置、弧光保護裝置及主變保護裝置電阻，且實際二次電流回路所用電纜為4平方銅線，加上測量誤差，保護裝置動作時二次回路上電阻會略大于0.289Ω，所以保護動作時的電流為0.18A。

通過上述分析可知，本次事故的原因為：工作人員在恢復B422電纜接線時誤碰到091斷路器NAS-921保護裝置外殼，由于1號主變保護B套盤柜CT接地點與091斷路器開關柜二次接地點間存在點位差，該回路形成電流，導致1號主變保護B套高廠變差動保護誤動。

3 二次等電位接地網的敷設

本次事故的直接原因是恢復電流回路接線時碰到裝置外殼，深層次原因是主廠房二次等電位接地網未延伸至10kV開關柜配電室，沒有形成一個總的二次等電位接地網。《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》（2012修訂版）、國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求及編制釋義》以及南方電網公司《南方電網電廠涉網保護安全檢查作業表單（V1版）》都對二次等電位接地網做了詳細說明。由于各單位理解上的差別，加上電廠復雜的系統，導致目前很多電廠在執行二次等電位接地網過程中有很多不相同的地方，敷設方式多種多樣。以下結合有關反措和規范中關于等電位接地網的理解和其它單位及我廠的實際做法，闡述對水力發電廠等電位接地網敷設應該遵循的原則和需要注意的問題。

3.1 等電位接地網敷設總原則

根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》（2012修訂版）、國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求及編制釋義》以及《南方電網電廠涉網保護安全檢查作業表單（V1版）》中有關規定，在主控室、保護室、配電室、敷設二次電纜的溝道、開關場的就地端子箱及保護用結合濾波器等處，應使用截面不小于100 平方毫米的裸銅排（纜）敷設與主接地網緊密連接的等電位接地網。對于水力發電廠，由于系統復雜，布置各異，需要按照不同區域敷設等電位接地網。

室內二次等電位網，如保護室、控制室、配電室內，應在屏柜下層的電纜橋架上按照屏柜的布置方向敷設100 平方毫米的專用銅牌，銅牌不能直接固定在電纜橋架上，應用絕緣子將銅牌與電纜橋架隔離。將該專用銅牌的首尾兩端用放熱焊接法連接好，形成 “目”字型閉環回路，構成保護室、控制室、配電室內的等電位接地網。在“目”字型等電位接地網四個角處分別用截面不小于50 平方毫米銅纜（或銅牌）引至電纜豎井處主接地網，用螺栓將這四根銅纜（或銅牌）在一點處與電纜豎井處主接地網可靠連接。發電機層，有些電廠有專門的發電機小室，這樣布置的結構可以參考保護室、控制室等電位接地網敷設方法。有些電廠發電機層盤柜布置在發電機一側，呈“一”字布置，可以在盤柜下層的電纜橋架上按照盤柜布置方向敷設100 平方毫米的專用銅牌，銅牌用絕緣子與電纜橋架隔離。若保護室、控制室、配電室和發電機層不在同一個高層，有些可能距離很遠，比如地下廠房式水電站，發電機層和保護室距離一般都較遠。為了將地下廠房區域二次等電位接地網與地上部分室內二次等電位接地網相連，需要通過100 平方毫米銅纜將地下廠房二次等電位接地網延伸至地上部分二次等電位接地網，在保護室內電纜豎井處主接地網一點接地。

室外等電位接地網，主要指開關站GIS現地匯控柜，應按照現地匯控柜布置方向敷設100 平方毫米的專用銅牌，銅牌用絕緣子與電纜橋架隔離。同時，該等電位接地網也需要延伸至保護室內電纜豎井處主接地網一點接地。這樣就構成了整個廠房的二次等電位接地網。

3.2 保護盤柜、控制盤柜及端子箱與二次等電位接地網連接方式

保護、通信、調速、勵磁、監控系統等盤柜內底部應設置兩根截面為100 平方毫米銅牌，其中一根和屏柜直接連接，另外一根用絕緣子與屏柜隔離。由于固定盤柜的槽鋼直接與主接地網相連，與屏柜直接連接的銅牌上壓接柜內裝置接地線，可以保證設備外殼與主接地網可靠連接。柜內CT接地點、控制電纜屏蔽層、通信電纜屏蔽層、同軸電纜屏蔽層等接地點均用4 平方毫米多股黃綠相間接地線與柜內通過絕緣子隔離的銅牌可靠壓接，該銅牌在通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網可靠連接。

GIS現地匯控柜內部應設置一根截面為100 平方毫米銅牌，所有控制電纜的屏蔽層及柜內設備的接地點均接在此銅牌上，該銅牌在通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網可靠連接。GIS現地PT轉接柜內部應設置兩根截面為100 平方毫米銅牌，其中一根和屏柜直接連接，另外一根用絕緣子與屏柜隔離。各PT二次回路N線統一在PT轉接柜內分別用4 平方毫米多股黃綠相間接地線與屏柜絕緣的銅牌可靠連接，該銅牌通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網可靠連接。

對于有多個PT轉接柜的情況，需要用100 平方毫米多股銅纜將各個PT轉接柜帶絕緣的銅牌連接，最終在其中一個盤柜內通過50 平方毫米多股銅纜與盤柜下二次等電位接地網可靠連接，確保N600接地點只有一個。

對于發電機來講，每臺機組布置相對獨立，機組CT、PT端子箱也相對獨立。CT、PT端子箱內應布置兩根截面為100 平方毫米銅牌，其中一根和端子箱直接連接，另外一根用絕緣子與端子箱隔離。CT、PT的N線與帶絕緣子的銅牌可靠連接，該銅牌通過50 平方毫米多股銅纜與發電機層等電位接地網可靠連接。其它端子箱內只需布置一根截面為100 平方毫米銅牌，端子箱本體接地線及控制電纜屏蔽層接地線均接在此銅牌上，該銅牌在通過50 平方毫米多股銅纜與端子箱區域二次等電位接地網可靠連接。

3.3 二次等電位接地網敷設存在的問題

目前，按照相關文件及反措要求，各單位都建立了二次等電位接地網。由于各單位對文件及反措理解的不同，有些細節文件及反措中也未明確說明，各單位在執行過程中存在各種情況。但比較普遍且容易出問題的應該有以下幾個：

各區域間二次等電位接地網未連接起來，組成一個完整的二次等電位接地網。

各區域間二次等電位接地網已連接，但與主接地網接地點設置不對。很多在各自區域內將二次等電位接地網與該區域主接地網直接相連，這樣會將主接地網的電壓差引入二次等電位接地網，造成二次等電位接地網電位不同。二次等電位接地網最重要的一點就是整個二次等電位接地網只能在一點處與主接地網連接，各區域二次等電位接地網都需通過銅纜將接地點延伸至一個位置與主網一點接地。

盤柜內接地點接法各不相同。保護盤柜、通信盤柜、控制盤柜內有兩根接地銅牌，一根與盤柜絕緣，一根與盤柜直接連接。CT接地點、控制電纜屏蔽層、通信電纜屏蔽層必須接在絕緣銅牌上，絕緣銅牌通過50 平方毫米多股銅纜與二次等電位接地網可靠連接。實際執行中，很多單位沒有按照此要求執行，比如控制電纜屏蔽層接在與盤柜直接相連的銅牌上等隨意接地情況。

4 結語

二次系統等電位接地網可以有效降低主接地網內不平衡電壓引入二次系統內，防止二次系統由于不平衡電壓所引起的事故。各單位應高度重視二次等電位接地網的敷設，在執行過程中嚴格參照有關規范和反措執行。