一起PT二次两点接地引起的保护动作异常分析

龚俊祥，张菁，张晓磊

（1.国网山东省电力公司威海供电公司，山东威海264200；2.国网山东省电力公司，济南250001）

一起PT二次两点接地引起的保护动作异常分析

龚俊祥1，张菁1，张晓磊2

（1.国网山东省电力公司威海供电公司，山东威海264200；2.国网山东省电力公司，济南250001）

PT二次两点接地且接地点之间接地网导通不良会影响继电保护装置动作行为。针对一起因继电保护动作异常引起故障停电范围扩大的安全事故，分析了电网故障过程中在PT二次电压正常时继电保护的动作行为，和PT二次两点接地且接地点之间接地网导通不良造成接地网电位串入PT二次回路时继电保护的动作行为。接地网电位的串入引起保护装置安装处电压值出现偏差，影响保护装置元件计算结果，保护装置拒动或误动，造成电网事故扩大。

PT二次两点接地；继电保护；拒动；误动

0 引言

威海供电公司110 kV宋村变电站110 kV宋靖线保护动作跳闸，1号主变保护动作跳闸，110 kV泽宋线220 kV泽头变电站侧保护动作跳闸，造成两座110 kV变电站全站失电，泽库大唐风电场失压停机。通过研究故障录波器所录故障信息，分析保护动作行为，对此次故障的原因做出正确判断。

1 宋村变电站运行方式

宋村变电站110kV主接线为单母线分段，110kV泽宋线由220 kV泽头变电站出线，接带宋村站全站负荷，110 kV宋靖线为泽库大唐风电场并网线路，接带泽库大唐风电场升压站，110 kV口宋线接带口子变电站全站负荷，110 kV 4号、5号母线并列，1号主变110 kV侧中性点接地刀闸处于合位，2号主变110 kV侧中性点接地刀闸处于分位。宋村变电站110 kV主接线如图1所示。

图1 宋村变电站110 kV主接线

2 故障及处理经过描述

23∶12∶24.185，110 kV宋村变电站110 kV宋靖线接地距离Ⅰ段保护动作，1121开关跳闸，泽库大唐风电场与系统失联停机；23∶12∶25.163，宋村站1号主变高后备保护零序Ⅲ段动作，1号主变高、中、低压侧开关跳闸；23∶12∶26.174，220 kV泽头站110 kV泽宋线零序Ⅲ段保护动作，开关跳闸，110 kV宋村变电站、口子变电站全站失电。

故障后对110 kV宋靖线、泽宋线、口宋线进行了查线排障，110 kV宋靖线、泽宋线线路正常，110 kV口宋线27号耐张塔C相瓷盘式绝缘子闪络击穿。

故障后提取宋村变电站110 kV故障录波器录波信息，故障时所录电压和电流相量值如表1～表4所示。

从表1、表2可以看出110 kV两段母线电压不一致，对宋村变电站110 kV母线PT二次回路进行了检查，发现110 kV宋村变电站110 kV 4号、5号母线PT二次N600各在PT端子箱处接地，开口三角和保护二次绕组采用同一N600线引至主控室，并在电压并列屏处连接。PT二次接线示意如图2所示［1］。

图2 PT二次接线图

3 110kV口宋线、宋靖线等保护动作行为分析

3.1 母线电压计算分析

对于并列运行的两台PT，序电压应一致，由于只有零序电压及开口三角电压不同，可以断定是PT二次回路中串入了零序电压分量，从PT二次接线图可以看出，当PT二次回路有两个接地点时，某一原因造成两个接地点之间有电位差时，在4号、5号母线PT的N600线上产生的压降具有零序电压特性，设4号母线PT二次实际零序电压为U04，二次N600线上零序压降为U06，根据U04+U06＝U04′＝85∠（-38°）V，，推算出4号母线PT二次实际零序电压U04＝9∠15°V，N600线上零序压降U06＝79∠（-43°）V；设5号母线PT二次实际零序电压为U05，二次N600线上零序压降为U07，根据，推算出5号母线PT二次实际零序电压U05＝9∠15°V，N600线上零序压降U07＝56∠135°V。

表1 4号母线电压V

表2 5号母线电压V

表3 110kV口宋线电流A

表4 110kV宋靖线电流A

4号母线上设备的保护装置所采集的电压为系统的二次电压叠加上N600线上的电压U06，即：UA4′＝UA4+U06，UB4′＝UB4+U06，UC4′＝UC4+U06。

5号母线上设备的保护装置所采集的电压为系统的二次电压叠加上N600线上的电压U07，即：UA5′＝UA5+U07，UB5′＝UB5+U07，UC5′＝UC5+U07［2］。

3.2 继电保护动作行为分析

因保护装置所获取的电压已不是系统的实际电压，必然对动作条件造成影响。以5号母线上所带110 kV宋靖线、口宋线为例。

1）故障时实际电压电流相量如图3所示（以A相正序电压为基准）。

图3 故障时实际电压电流相量

110 kV口宋线C相电流幅值为24 A，相位超前A相正序电压角度为50°，母线C相电压幅值为17.5 V，口宋线接地距离继电器中C相工作电压UC-（IC+ k3I0）ZZD＝26∠（-41°）V，极化电压-U1C＝42∠（-60°）V，角差为19°（在-90°至90°之间），C相接地距离继电器应动作；零序电流超前零序电压角度为104°，零序方向为正方向，零序元件应动作。宋靖线A、B、C相电流幅值相位相同（因风电场变压器基本为中性点接地空载变压器，序网图中只有零序网络中有零序电流流过），幅值为1.5 A，相位超前A相正序电压角度为230°，三相接地距离继电器、零序方向过流继电器均不满足动作条件，不应动作。

2）因叠加N600线上零序压降U07，5号母线上设备保护装置获取的电压电流相量如图4所示（以A相正序电压为基准）。

图4 叠加U07后电压电流相量

5号母线C相电压幅值增大到实际值的4.4倍，角度也发生变化，口宋线接地距离继电器中C相工作电压UC-（IC+k3I0）ZZD＝58∠42°V，极化电压-U1C＝42∠（-60°）V，角差为102°，大于90°，C相接地距离继电器不动作；零序电流滞后零序电压角度为7°左右，零序方向为反方向，零序方向过流继电器不动作。因宋靖线故障电流很小，各相工作电压基本等于相电压，从电压电流相量图可以看出，A、C两相相电压与负的正序电压角差为90°～270°，接地距离继电器不动作，B相工作电压UB-（IB+k3I0）ZZD≈U′B＝11∠140°V，极化电压-U1B＝42∠60°V，角差为80°，因此应是B相接地距离继电器动作跳闸。

3.3 PT二次接地点间电位差原因分析

为查明PT二次两个接地点之间电位差产生的原因，对宋村变电站地网进行了导通试验，发现全站地网分成两部分，两部分地网间阻值大约为0.3 Ω。经追溯，认定是宋村变电站扩建110 kV 5号母线时，新扩建地网部分与原地网部分没有进行有效连接，而4号母线PT端子箱接地于原地网，5号母线PT端子箱接地于扩建地网（4号母线PT端子箱与主变接地点间阻值为50 mΩ，5号母线PT端子箱与主变接地点间阻值为350 mΩ）。当口宋线线路发生接地故障，大部分接地电流通过线路避雷线流向宋村站，部分接地电流再通过5号母线地网、4号母线地网、泽宋线避雷线流向泽头站，这样故障接地电流就在两个接地网间产生了压差，此电压差也加在了PT二次N600两个接地点之间，电压幅值约为135 V［3］。

4 故障分析结论

此次引发故障扩大的原因是宋村变电站110 kV PT二次回路两点接地，且接地点之间导通不良阻值较大，110 kV口宋线发生C相单相接地故障时，流过变电站接地网的故障电流在PT二次两个接地点之间产生电位差，保护装置采集的是不正确的PT二次电压值，造成110 kV口宋线保护装置该动作而不动作，110 kV宋靖线保护不该动作而动作，因110 kV口宋线保护装置不动作，故障持续存在，造成中性点接地的1号变压器零序保护动作跳闸，110 kV泽宋线泽头变电站侧零序保护动作跳闸，切除口宋线线路接地故障。

5 结语

为防止PT二次回路串入接地网中的电位，引起PT二次电压失真，PT二次回路一点接地是必要的，变电站接地网兼有泄流和均压作用，对保障变电站内人身和设备安全至关重要，不允许出现任何问题。为避免再次发生此类保护动作异常扩大停电范围及其他可能由不合格接地网引起的事故，应采取如下防范措施。第一，排查所有220 kV、110 kV变电站，对PT二次回路严格执行GB／T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》及国网公司十八项电网重大反事故措施有关规定的要求：取消N600端子箱处接地点，在主控室内一点接地，来自电压互感器二次回路的4根开关场引入线和互感器三次回路的2根开关场引入线必须分开，不得共用。第二，严格按Q／GDW 168—2008《输变电设备状态检修试验规程》周期性对所有220 kV、110 kV变电站进行接地电阻测量和设备接地引下线导通测量，对一般设备要求导通情况良好，变压器、避雷器、避雷针等接地电阻不大于200 mΩ，且导通电阻初值差不超过50%。

［1］何永华.发电厂及变电站二次回路［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［2］朱声石.高压电网继电保护原理与技术［M］.北京：中国电力出版社，1995.

［3］傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算［M］.北京：中国电力出版社，2004.

图5 铆钉脱落

3 结语

介绍超高频检测、超声波检测、SF6分解物检测及红外热像检测等现场应用较为广泛的新型带电检测检测方法和原理。通过一起110 kV COMPASS开关带电检测应用案例，说明了带电检测技术对于不停电状态下发现COMPASS组合电器内部故障，判断设备运行状态具有重要意义，为设备停电检修和安全运行提供技术保障。

参考文献

［1］陈东林，施文耀.一种新颖户外移开式开关站——COMPASS组合电器［J］.华通技术，2001（2）：33-35.

［2］郗晓光，张弛，满玉岩，等.如何利用带电检测新技术查找组合电器缺陷［J］.电工技术，2011（5）：44－45.

［3］廖建平，骆晓龙.SF6气体分解物测试在设备故障诊断中的应用［J］.高压电器，2012，48（6）：109-111.

［4］李建明，朱康.高压电气设备试验方法［M］.北京：中国电力出版社，2001.

收稿日期：2014-11-19

作者简介：

李琮（1985），男，工程师，从事高压电气试验工作。

Abnormal Operation of Protection Caused by Two Points Grounding in PT Secondary Circuit

GONG Junxiang1，ZHANG Jing1，ZHANG Xiaolei2
（1.State Grid Weihai Power Supply Company，Weihai 264200，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China）

High resistance between two points grounding in PT secondary circuit tends to affect the operation behavior of relay protection equipment.In view of a safety accident of power failure expansion caused by abnormal operation of relay protection，operation behavior of relay protection is analyzed，both when the PT secondary circuit works in proper operating voltage and when under abnormal circumstance caused by the high resistance between two points grounding in PT secondary circuit.The introduction of the potential of grounding grids leads to voltage deviation of relay protection installation location，alters the calculation result of relay protection，which in consequence results in malfunction or failure of relay protection and the expansion of power failure ultimately.

two points grounding in PT secondary circuit；relay protection；failure to operate；malfunction

TM451

B

1007－9904（2015）04－0067－04

2014-11-23

龚俊祥（1972），男，高级工程师，从事电网规划工作；

张菁（1975），女，高级工程师，从事变电设计工作；

张晓磊（1983），男，高级工程师，从事电网规划工作。