劉慧斌 苗 茂

一直以來(lái)，針對(duì)兩點(diǎn)接地，電氣工程及繼電保護(hù)類教科書(shū)常見(jiàn)的說(shuō)法是：兩點(diǎn)之間會(huì)因存在電位差引起保護(hù)誤動(dòng)。然而既不說(shuō)明哪來(lái)的電位差，又不說(shuō)明電位差是如何引起保護(hù)誤動(dòng)的，欠缺分析和佐證的實(shí)例。運(yùn)行中的繼電保護(hù)裝置電流回路不能兩點(diǎn)接地，電氣技術(shù)人員對(duì)此有足夠的認(rèn)知度。但進(jìn)一步深究為什么，甚至繼續(xù)追問(wèn)，停運(yùn)的裝置能不能兩點(diǎn)接地？能回答的人可能就不多了，部分原因是這類故障確實(shí)很少見(jiàn)[1]，技術(shù)人員鮮有深入研究分析。本文結(jié)合萬(wàn)家寨引黃工程某泵站110kV組合電器（GIS）檢修試驗(yàn)時(shí)，將電流互感器二次側(cè)接線端子全部短接（封閉）并接地，該操作確保了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的安全，卻未注意到與遠(yuǎn)處繼保裝置的接地點(diǎn)共同構(gòu)成了兩點(diǎn)接地，為電流串入保護(hù)裝置引起誤動(dòng)提供了條件。

1 概述

1.1 保護(hù)配置

系統(tǒng)接線如圖1所示，A、B為引黃兩座泵站，C為電網(wǎng)公司變電站，110kV系統(tǒng)通過(guò)兩回線路用兩個(gè)“T”接方式向兩座泵站供電[2]。該三端線路配置光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，每回線路的每一個(gè)端配置雙重保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)冗余。保護(hù)裝置為法國(guó)ALSTOM MICOM P540系列光纖電流縱差保護(hù)裝置。

1.2 運(yùn)行方式

110kV的 I、Ⅱ回線路運(yùn)行。對(duì) A泵站Ⅱ段母線進(jìn)行檢修，進(jìn)線斷路器156處于檢修狀態(tài)。Ⅰ段母線運(yùn)行。母聯(lián)斷路器150處于檢修狀態(tài)，母聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)150A、150B斷開(kāi)，接地刀閘150A0、150B0合閘。泵站B雙回供電運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)接線

1.3 工作內(nèi)容

引黃A泵站對(duì)2段進(jìn)線GIS設(shè)備大修，收尾階段高壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中為防止電流互感器二次測(cè)開(kāi)路、懸空狀態(tài)對(duì)設(shè)備本身造成損害[3]，技術(shù)人員將GIS設(shè)備上的電流互感器二次側(cè)端子全部短接并接地，試驗(yàn)過(guò)程中并未出現(xiàn)異常。

1.4 誤動(dòng)情況

為保證高壓試驗(yàn)覆蓋被修設(shè)備的全部區(qū)域，試驗(yàn)人員計(jì)劃在150和150A斷開(kāi)的情況下，將150B合閘。運(yùn)行人員對(duì)在各斷路器進(jìn)行操作前，已將電氣防護(hù)裝置解鎖，因150B的按鈕與150A按鈕位于同一面版，操作失誤，在150A0閉合狀態(tài)下合150A，導(dǎo)致1段母線三相接地短路，全站失電。更嚴(yán)重的是，因1回供電線路上的P543與B泵站、C變電站P543裝置構(gòu)成一個(gè)差動(dòng)保護(hù)整體，A泵站的 P543電流回路串入電流，導(dǎo)致B泵站、C變電站1回線路保護(hù)差動(dòng)動(dòng)作、同時(shí)跳閘，擴(kuò)大了停電范圍。加之2回供電線路上出現(xiàn)三相短路，A、B泵站全站停電。

2 原理分析

對(duì)于每一回線路，三站三端P543裝置共同組成一個(gè)線路保護(hù)差動(dòng)回路。A泵站和B泵站測(cè)得的線路電流之和應(yīng)等于C變電站測(cè)得的線路電流。如果其中一端有干擾性電流流入或流出，三端之和就不再為零，該值超過(guò)定值后，保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)出進(jìn)線斷路器。電流互感器兩端接地，正為串入電流提供了一個(gè)完整回路[4]。

2.1 電位差產(chǎn)生的原因

接地點(diǎn)電位差產(chǎn)生示意圖如圖2所示。接地網(wǎng)電阻值很小，但仍非理想導(dǎo)體。當(dāng)接地網(wǎng)上出現(xiàn)很小的電流時(shí)，因電阻值較小，接地網(wǎng)任何兩點(diǎn)間的電壓值Ve很小，這個(gè)Ve值往往不足以在地上部分不同接地點(diǎn)間引起干擾電流。但只要接地網(wǎng)中流過(guò)大電流，比如雷電流直接流入，以及上文中說(shuō)到的110kV三相接地短路，均會(huì)使不同的接地點(diǎn)間產(chǎn)生一定的壓差[5]。這個(gè)壓差Ve的大小與兩接地點(diǎn)間的電阻，即距離呈正比例關(guān)系。兩接地點(diǎn)越遠(yuǎn)，Ve就越大；兩接地點(diǎn)越近，Ve就越小[6]。A泵站的實(shí)際情況是，其中一點(diǎn)位于GIS組合電器上，另一點(diǎn)位于另一柜建筑繼保室線路保護(hù)盤(pán)內(nèi)，直線距離約為100m。

圖2 接地點(diǎn)電位差產(chǎn)生示意圖

2.2 地網(wǎng)電阻和裝置輸入阻抗的分流作用

根據(jù)對(duì)GIS電流互感器二次側(cè)的處理方法，可以建立一個(gè)簡(jiǎn)單的電路模型，如圖 3所示[7]。電源即Ve，為兩接地點(diǎn)間的電壓差。電阻Rl為兩接地間電流互感器二次側(cè)導(dǎo)線的電阻，電抗 La、Lb、Lc為P543差動(dòng)回路輸入阻抗。通過(guò)簡(jiǎn)單的電路分析即可判斷La、Lb、Lc中會(huì)有電流流過(guò)，且應(yīng)當(dāng)大小相等、波形相同。經(jīng)計(jì)算100m電流回路導(dǎo)線電阻Rl約為10.5Ω，不可忽略，La、Lb、Lc三支路的電流即串入保護(hù)裝置的電流值。

圖3 兩接地點(diǎn)存在壓差時(shí)的等效電路

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 保護(hù)裝置實(shí)測(cè)電流

圖4為串入P543保護(hù)裝置電流回路的三相電流值，該三相電流大小相等，波形一致，與上述圖 3所示模型判斷吻合。串入電流值為圖示值除以800，約5.8A。圖5為測(cè)得的短路電流值，換算到一次側(cè)，產(chǎn)生了單相約6400A的瞬時(shí)短路電流。在斷路器B相觸頭和C相觸頭先接通而A相觸頭尚未接通的近兩個(gè)周波內(nèi)，三相短路電流不平衡，流入大地，約6400A。在約40ms的時(shí)間內(nèi)，B、C兩相短路，短路電流達(dá)6400A，地網(wǎng)中流過(guò)約6400A的電流，使互感器兩接地點(diǎn)間產(chǎn)生了一個(gè)不可忽略的電位差，在該電勢(shì)作用下，電流回路內(nèi)產(chǎn)生約5.8A的誤動(dòng)電流，隨后因開(kāi)關(guān)A觸頭閉合，三相短路電流基本平衡，不再向大地注入電流。

圖4 串入保護(hù)裝置的電流值（變比換算后的一次側(cè)值）

圖5 三相短路電流值（換算前的電流值變比800∶1）

3.2 保護(hù)裝置動(dòng)作判據(jù)

P543線路分相差動(dòng)保護(hù)定值為 0.2，實(shí)際串入電流為每相5.8A。B泵站與C變電站的P543裝置必然快速動(dòng)作斷開(kāi)C變電站1回出線斷路器和B泵站的1回進(jìn)線斷路器。事實(shí)上，最初的三相短路接地事故并不直接影響1回線路的供電，B泵站理應(yīng)能夠在1回線路上維持穩(wěn)定的用電，而就是因?yàn)閮牲c(diǎn)接地使地網(wǎng)電流串入保護(hù)裝置，誤動(dòng)之虞即停電范圍擴(kuò)大。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析，該事故的全部拼圖已完整?？梢郧逦乜吹?，當(dāng)A泵站2回線路上的短路瞬間，在兩個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生與單相短路電流相當(dāng)?shù)牟黄胶怆娏?，約為 6400A，流入大地。地網(wǎng)不同位置之間因地網(wǎng)電阻的存在而產(chǎn)生電位差。該電位差作用于 1回線路保護(hù)裝置的兩接地點(diǎn)，產(chǎn)生電流，1回線路的三端保護(hù)裝置共享該電流信息，認(rèn)為滿足差動(dòng)判據(jù)，發(fā)出跳閘指令。

互感器兩點(diǎn)接地造成停電事故相對(duì)較少發(fā)生，而起因于一個(gè)已經(jīng)停了電系統(tǒng)中的誤動(dòng)電流，使同一回線路上的別的保護(hù)裝置動(dòng)作，這樣的事故或更少見(jiàn)。上述內(nèi)容為廣大電力系統(tǒng)繼電保護(hù)人員提供了一個(gè)鮮活的例子，幫助深入認(rèn)識(shí)兩點(diǎn)接地潛在的隱患，檢修工作中能建立起一種在懂原理基礎(chǔ)上的高階防范意識(shí)，對(duì)減少人為事故具有較大的價(jià)值。

[1] 邱濤, 王攀峰, 張克元, 等. 一起二次回路兩點(diǎn)接地引起母線保護(hù)誤動(dòng)的事故分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2008, 36(24)： 110-112.

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