周建賀

中鐵十四局集團(tuán)電氣化工程有限公司 山東 濟(jì)南 250014

引言

為了合理深化生態(tài)文明建設(shè)與環(huán)境保護(hù)，有關(guān)部門不斷加大清潔能源推廣應(yīng)用力度，因此電力能源迅速嶄露頭角，成為支持民眾生活和社會生產(chǎn)的基本能源，為了有效滿足社會各個方面不斷提高的電力需求，電力企業(yè)一直在完善電力系統(tǒng)建設(shè)，變電站是電力系統(tǒng)接受電能及分配電能的重要樞紐，其運(yùn)行狀態(tài)直接決定在供電穩(wěn)定性與可靠性，相關(guān)工作人員應(yīng)認(rèn)識到變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地的重要作用，有效掌握變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地技術(shù)，以便保障變電站平穩(wěn)運(yùn)行。

1 變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地的原因及意義

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速，電力需求不斷增長，變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著電能集輸、調(diào)節(jié)和分配的重要任務(wù)。同時，隨著新能源、智能電網(wǎng)、充電樁等新興技術(shù)的發(fā)展，變電站電網(wǎng)面臨著由于接入新負(fù)荷所帶來的電壓穩(wěn)定性、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等問題。在這種時代背景下，電網(wǎng)負(fù)荷持續(xù)增長，電壓穩(wěn)定性問題越來越突出，對于大型變電站而言，電壓穩(wěn)定控制是非常關(guān)鍵的問題。其次，由于電網(wǎng)復(fù)雜性增加，安全保護(hù)水平也面臨著更高的挑戰(zhàn)，需要采用更智能化的繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行保障。此外，普及充電樁、新能源消納等問題也給變電站帶來了新的挑戰(zhàn)。為此，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地可以有效地保證人身安全和設(shè)備安全。當(dāng)保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)故障時，二次回路接地會迅速切斷電源，防止電流過大引發(fā)火災(zāi)、爆炸或設(shè)備損壞等安全事故。繼電保護(hù)系統(tǒng)的二次回路接地可以有效地傳遞保護(hù)信號。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，保護(hù)設(shè)備將檢測到故障信號，并通過繼電保護(hù)系統(tǒng)的二次回路將信號傳遞到控制室，對故障進(jìn)行處理。因此，為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性以及維持電力設(shè)備的正常狀態(tài)，變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地及其相關(guān)研究有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為了提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的抗干擾素力，應(yīng)加強(qiáng)對其自身的抗干擾素力研究。具體包括：從電路、線路、電纜等組成部分進(jìn)行故障分析和診斷，找出容易引起系統(tǒng)干擾或損壞的因素；基于數(shù)學(xué)模型、仿真技術(shù)等手段對其抗干擾素力進(jìn)行建模和評估，并針對弱點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)；加強(qiáng)屏蔽設(shè)計(jì)和地線布置，采取合理的接地方法和隔離措施提高信號質(zhì)量和穩(wěn)定性；對軟件和算法進(jìn)行優(yōu)化升級，例如加入自適應(yīng)濾波器、頻率分析，提高其抗干擾素力和診斷準(zhǔn)確率。這些措施可以有效提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

2 變電站二次系統(tǒng)干擾源

2.1 一次系統(tǒng)

一次設(shè)備是變電站二次系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的重要干擾源。為了減小其對系統(tǒng)的影響，可以采取加強(qiáng)一次設(shè)備的維護(hù)、設(shè)置合適的隔離和屏蔽裝置、提高二次設(shè)備的抗干擾素力和加強(qiáng)對繼電保護(hù)系統(tǒng)的抗干擾素力的研究等措施。通過這些措施的實(shí)施，可以有效減小一次設(shè)備對變電站二次系統(tǒng)的干擾，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 電氣操作

電氣操作是變電站二次系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的一種重要干擾源。在電氣操作中，例如隔離開關(guān)的操作時，由于操作過程中可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)瞬態(tài)干擾和電磁干擾，這些干擾會對繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行和保護(hù)功能造成影響。

2.3 雷擊

雷擊是變電站二次系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的重要干擾源。為了防范雷擊對系統(tǒng)的影響，可以通過設(shè)計(jì)合理的防雷裝置和增加二次線路的屏蔽和絕緣等級來提高系統(tǒng)的抗雷擊能力。此外，加強(qiáng)防雷檢查和維護(hù)、安裝雷電流監(jiān)測和告警系統(tǒng)，并加強(qiáng)對繼電保護(hù)系統(tǒng)的抗雷擊能力的研究，都是有效的措施。通過這些措施的實(shí)施，可以有效提高變電站二次系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地技術(shù)內(nèi)容

3.1 電纜屏蔽層接地處理

為了保證變電站二次繼電保護(hù)系統(tǒng)接地效果和安全性，需要重點(diǎn)放在二次電纜屏蔽層接地內(nèi)容上。具體流程和應(yīng)用要點(diǎn)包括選用合適的材料，如銅排、鍍錫銅線，并按照規(guī)范進(jìn)行敷設(shè)和連接，以確保接地電阻足夠小，接地導(dǎo)體尺寸合適，并有效地減少系統(tǒng)的干擾噪聲。同時，在電纜屏蔽層和設(shè)備金屬外殼之間，應(yīng)設(shè)置合適的絕緣和屏蔽裝置，避免被漏電和感應(yīng)干擾等問題。此外，應(yīng)采取合適的保護(hù)措施，如設(shè)置過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫保護(hù)等，確保系統(tǒng)在異常情況下能夠及時響應(yīng)并斷開電源[1]。對于雷擊或短路故障等問題，應(yīng)制訂合規(guī)有效的控制方案，匹配對應(yīng)的屏蔽體，并在實(shí)際使用中不斷進(jìn)行檢查和維護(hù)，全面減少或阻擋電磁脈沖產(chǎn)生的不良影響。

3.1.1 結(jié)合IEC規(guī)定要求，電纜屏蔽過程中，屏蔽層要盡量采取雙端接地處理控制模式。這是因?yàn)殡p端接地可以有效防止電纜屏蔽層與其他設(shè)備之間的電位差，從而避免了干擾和噪聲的產(chǎn)生，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。此外，雙端接地還可以起到保護(hù)作用，一旦其中一個接地出現(xiàn)故障，仍然可以保證系統(tǒng)的工作。在實(shí)際應(yīng)用中，需要注意雙端接地的連接方式和接地電阻的大小，以確保接地的效果和安全性。

3.1.2 在高壓導(dǎo)線周圍敷設(shè)二次電纜的過程中，盡量采取屏蔽處理方案。在高壓導(dǎo)線周圍敷設(shè)二次電纜的過程中，采取屏蔽處理方式因?yàn)楦邏簩?dǎo)線周圍存在強(qiáng)大的電磁干擾和噪聲，如果不進(jìn)行屏蔽處理，會對二次電纜信號產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，從而影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，如果二次電纜沒有進(jìn)行屏蔽處理，還會導(dǎo)致電磁泄漏，引發(fā)安全事故。因此，在敷設(shè)二次電纜時，需要采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?，以減小電磁干擾和提高系統(tǒng)的可靠性。

3.2 接地網(wǎng)敷設(shè)要求

3.2.1 變電站二次系統(tǒng)要建立等電位接地網(wǎng)。在變電站二次系統(tǒng)接地網(wǎng)的敷設(shè)過程中，建立等電位接地網(wǎng)是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)等電位接地網(wǎng)，需要確保二次系統(tǒng)內(nèi)各個設(shè)備的接地線路直接連接到等電位接地網(wǎng)上、選用良好的導(dǎo)體材料、盡可能短、設(shè)置合適的絕緣和屏蔽裝置，并按照規(guī)范進(jìn)行接地[2]。這些措施有助于降低系統(tǒng)的接地電阻，提高系統(tǒng)的抗干擾素力，保障設(shè)備和人員的安全，同時也符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。對于室內(nèi)變電站二次系統(tǒng)的等電位接地網(wǎng)，需要將不同設(shè)備的接地線路通過良好的導(dǎo)體連接在一起，形成一個共同的接地點(diǎn)。此時，應(yīng)該盡量集中接地線路，并將其安裝在電纜室或電纜溝內(nèi)。這樣可以使接地線路更加簡潔和緊湊，避免過長的接地線路對系統(tǒng)的影響。

3.2.2 戶外端子箱位置要配置等電位接地模式。在戶外變電站中，為了確保系統(tǒng)的安全可靠性，端子箱的位置需要考慮等電位接地的模式。通常情況下，端子箱應(yīng)當(dāng)互相連接，形成一個共同的等電位接地網(wǎng)，這樣可以有效降低接地電阻，提高系統(tǒng)的抗干擾素力和安全性。

3.2.3 室內(nèi)保護(hù)柜要設(shè)置等電位接地系統(tǒng)。在室內(nèi)變電站中，為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行和維護(hù)，需要為保護(hù)柜設(shè)置等電位接地系統(tǒng)。等電位接地系統(tǒng)的作用是將不同設(shè)備的接地線路通過良好的導(dǎo)體連接在一起，形成一個共同的接地點(diǎn)，從而降低接地電阻，提高系統(tǒng)的抗干擾素力和安全性[3]。在設(shè)定室內(nèi)保護(hù)柜的等電位接地系統(tǒng)時，應(yīng)該按照以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和敷設(shè)：首先，需要選擇合適的導(dǎo)體材料進(jìn)行接地線路敷設(shè)，如銅排、鍍錫銅線等，確保接地電阻足夠小，并且具有良好的導(dǎo)電性。

3.2.4 要在二次電纜和相關(guān)設(shè)備應(yīng)用位置進(jìn)行等電位接地處理。對于主控室的二次電纜聯(lián)動以及雙端接地處理方式，一般采用以下兩種等電位接地處理方式：直接接地法：即直接將電纜屏蔽層等導(dǎo)體通過良好的導(dǎo)體連接在一起，形成一個共同的等電位接地點(diǎn)，以達(dá)到降低接地電阻、提高系統(tǒng)抗干擾素力和安全性等目的。感應(yīng)式接地法：即在電纜屏蔽層和設(shè)備金屬外殼之間安裝感應(yīng)式接地線圈，在漏電時形成一個感應(yīng)電流回路，以達(dá)到接地保護(hù)的目的。

3.2.5 交流二次回路要設(shè)置等電位接地模式，等電位接地模式是在系統(tǒng)的二次回路中，將所有的接地點(diǎn)通過良好的導(dǎo)體連接在一起，形成一個共同的等電位接地點(diǎn)，以降低接地電阻、提高系統(tǒng)的抗干擾素力和安全性等目的[4]。在進(jìn)行等電位接地模式設(shè)置時，需要注意以下幾個方面：選擇合適的導(dǎo)體材料，如銅排、鍍錫銅線等，確保接地電阻足夠小，并且具有良好的導(dǎo)電性；將二次回路中所有接地點(diǎn)通過壓接或焊接等方式連接在一起，實(shí)現(xiàn)集中接地。

4 案例分析

2020年，天富能源所轄的110kV泉水地輸變電工程中變電站遭遇雷擊事件，以下是該事件的情況匯報(bào)。電站位于開闊地形，配有一條110kV輸電線路、一條35kV輸電線路以及兩條10kV輸電線路。7月9日清晨6時40分，主控房直流屏幕與后臺語音報(bào)警系統(tǒng)同時報(bào)警，隨后監(jiān)視屏幕冒出濃煙。技術(shù)人員檢查設(shè)備后發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備已燒毀。事故發(fā)生期間正下雨并伴有雷電活動，10kVB相避雷器損壞。1#站用變壓器B相高壓保險(xiǎn)絲熔斷，1#站用變壓器高壓側(cè)及低壓側(cè)遙測絕緣正常。該變電站二次系統(tǒng)安裝了一至三級的電源防雷裝置以及部分信號防雷裝置。電源防雷裝置未出現(xiàn)損壞。信號系統(tǒng)設(shè)備和接口完好，未見損壞。

4.1 設(shè)備損壞情況

交流配電盤上用于顯示電流的電流表毀壞一只，未見到燒毀物。其交流供電端子和采集電流的電流互感器接線端子均燒焦，這表明過電流導(dǎo)致過熱損毀了互感器，從而損壞了電流表。

直流充電機(jī)兩路交流供電切換用的交流接觸器毀壞一只，具體毀壞部位為線圈，未見到燒毀物。線圈部位的塑殼燒毀，這很可能是由于線圈長時間受到過電壓造成的過熱導(dǎo)致，而不是瞬時的雷電過電壓。雷電過電壓持續(xù)時間為微秒級，難以造成塑殼燒毀。

后臺計(jì)算機(jī)主機(jī)電源和五防計(jì)算機(jī)主機(jī)電源各一臺，雖未見到燒毀物但正在運(yùn)行，這表明其電源系統(tǒng)受到一定影響。

10kV和35kV開關(guān)柜上的操控顯示裝置共20多臺燒毀，未見到燒毀物，據(jù)稱已返廠維修。10kV開關(guān)柜上的已更換，35kV開關(guān)柜上僅卸下兩只。這表明高壓開關(guān)設(shè)備也受到不同程度的影響。

4.2 故障問題分析及建議

該事故損壞主要集中在400V和220V低壓設(shè)備上，范圍從主控房到35kV和10kV開關(guān)室。根據(jù)設(shè)備燒毀情況、位置和電源供給情況的判斷，這些設(shè)備損壞并非直接由于雷擊過電壓或雷電波侵入造成。具體分析顯示，此次事故是由于10kVB相線路遭受雷擊，導(dǎo)致避雷器泄流后損壞且無法復(fù)位。這種損壞導(dǎo)致雷電流持續(xù)流經(jīng)避雷器，無法斷開。此次事故的原因是10kVB相線路遭遇雷擊后，避雷器損壞未能斷開，導(dǎo)致短路電流流經(jīng)地網(wǎng)，使全站低壓系統(tǒng)中的電壓升高并超過了設(shè)備絕緣電壓，從而造成低壓設(shè)備損壞和全面故障。因此，建議加強(qiáng)低壓系統(tǒng)的防雷和過電壓保護(hù)，檢查避雷器的性能，以減少此類事故的發(fā)生，并更好地確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

5 結(jié)束語

伴隨社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷推進(jìn)，人民生活發(fā)生了翻天覆地的變化，越來越多的電子產(chǎn)品和電氣設(shè)備參與到群眾生活，促使民眾的電力依賴越來越強(qiáng)烈，故而對電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提出更高要求，由于變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地可以發(fā)揮保障變電站內(nèi)部設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行等積極作用，開展相關(guān)工作人員應(yīng)繼續(xù)深化變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地技術(shù)研究。