CN101582583B - 预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法。该发明预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，该方法至少包括以下措施的一项：保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态；保证CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ；控制地电位的升高水平，使其小于2000V。基于本发明的方法能够有效防止地电流入侵差动保护模拟量通道致其误动。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，属于电力系统变电站保护技术领域。
(二)背景技术
近几年来，电力系统出现的地电流入侵差动保护模拟量通道并导致其误动作等问题，造成了多次变电站与发电机组的大面积停电事故，给电网的稳定运行带来了严重威胁。
例如，发电厂出现了地电流入侵保护模拟量通道母线差动保护的误动跳闸，严重影响了机组的正常运行。2004年7月24日13时42分，莱芜电厂110KV六南线0.95km处A相遭雷击，六南线3911开关保护零序I段与过流I段出口动作，六南线开关跳闸。同时，110kV II母线母差保护动作，连接于110kV II母线的设备包括#1主变3901开关、#3主变110kV侧3903开关、高压备用厂变3900开关、六银线3912开关、六谷线3916开关、六莱线3917开关全部跳闸，电厂内外系统一片混乱。
再如，500kV滨州等变电站，出现了地电流入侵保护模拟量通道导致变压器差动保护误动跳闸的问题，影响了电网的安全运行。2004年6月10日12时56分，220kV华双线发生C相单相接地故障，500kV滨州站#3主变压器B屏差动保护在区外线路发生单相接地故障时误动跳闸，经检查发现该变压器35kV侧C相CT二次侧C4401对地的绝缘损坏，如此导致CT二次C4401，N4401两点接地。当线路上发生接地故障时由于地电流的作用引起变电站地电位的变化，在差动保护电流输入端C4401、N4401之间外加了一个电压Δu，该电压产生一个附加的电流ΔI，其数值达到了保护的整定值，造成了保护的误动作。
地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动作的问题由来已久，之前的资料中虽有相关报道，但其故障的类型、解决与分析的问题思路相差甚远。类似于上述实例所讲的运行变电站内出现的，电力系统故障的地电流入侵差动保护模拟量通道并导致其误动作的问题，长期以来一直没有找到故障的原因以及处理方法。
(三)发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，用于有效防止地电流入侵差动保护模拟量通道致其误动。
本发明采用以下技术方案：
该发明预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，该方法至少包括以下措施：
1)保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态；
2)保证CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ；
3)控制地电位的升高水平，使其小于2000V；
其特征在于：为了保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态，其一采用增加CT二次就地端子A、B、C相与对地端子的间距为设计间距的1.5倍以上；其二，采用在CT二次就地端子A、B、C相与对地端子间设置8mm空端子的方法；或者以上两种措施结合使用；
所述措施2)中CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ的检验在变电站差动保护的新安装检验以及定期检验期间进行，若CT二次电缆对地绝缘电阻小于1MΩ，则更换所述二次电缆；
为了控制地电位升高水平，需定期检测变压站接地网的接地电阻，满足2000V/Id的指标。
本发明的技术方案首先源于对地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动原因分析，本申请人的技术人员经过长期的跟踪研究，明确了上述误动原因是：CT二次回路存在第二个接地点，即除设计的接地点之外还有一处其对地绝缘电阻为0MΩ；第二个接地点位于变压器中性点附近，而不是在保护屏设置的第一个接地点附近；变电站的出线或相临系统在差动保护动作之前的瞬间发生了系统接地故障；差动保护与故障录波显示的两个二次绕组电流的幅值差＞10％、相位差＞5°。并且这四种因素同时存在，就能够确定保护误动的原因是地电流进入差动保护造成的。CT二次两个接地点形成后，接地故障电流可以在两个接地点之间形成较大的电位差，导致 系统接地故障电流直接分流到变压器差动保护的模拟量输入通道，参与正常的采样、计算等程序，到达定值后保护动作于跳闸，混淆了电流输入通道的是与非。
因此，基于本发明技术方案的预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法的三项措施及恰好可以解决上述误动原因，并且只要满足一项，就可以很好的起到防止地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动。自然，为了更好的起到防护作用，本方案倾向于以上三项措施联合预防，并经验证，如果以上三项措施共同发挥作用，就能够解决系统接地故障电流入侵差动模拟通道导致差动保护误动作、开关误跳、设备误停、信号误发的一些问题。
如果单纯的采用第一项措施，只要能够保证二次就地端子对地正常的绝缘状态，也就不会形成所说的第二接地点，也就避免了所说的误动。因此，基于本发明技术方案的预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法不仅首次明确了本领域针对这一技术问题所采用的具体的方案，并经过验证具有很好的实用价值和社会效益。
上述预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，其特征在于：为了保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态，其一采用增加CT二次就地端子A、B、C相与对地端子的间距为设计间距的1.5倍以上；其二，采用在CT二次就地端子A、B、C相与对地端子间设置8mm空端子的方法；或者以上两种措施结合使用。
采用增加设计地网线密度1.5的方法以减小所述接地电阻值。
在变电站接地网上附设铜导线以减小保护安装处到变压器中性点之间的接地电阻。
(四)附图说明
下面结合说明书附图来具体说明一下本发明的技术方案，使本领域的技术人员更好的理解本发明，其中：
图1为220kV华双故障时的系统结构示意图。
图2为500kV滨州变电站一次系统图。
图3为主变差动保护原理接线图。
图4为主变差动保护展开接线图。
图5为CT二次电流已进入保护的动作区。
图6为零序电流在二次回路中被抵消。
图7为当系统单相接地故障时地电流进入保护。
图8为雷电对地放电回路。
(五)具体实施方式
本实施例通过具体分析滨州站的变压器差动保护在区外线路发生单相接地故障时误动跳闸，展示了在寻找故障的检测方法、在确定地电流入侵保护模拟量通道导致其误动作的原因，以及基于上述原因所采用了的预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法：
参见说明书附图1，图中粗线为500kV线路，细线为220kV线路。500kV滨州站#3主变压器B屏差动保护在区外线路发生单相接地故障时误动跳闸，经检查发现该变压器35kV侧C相CT二次侧C4401对地的绝缘损坏，如此导致CT二次C4401，N4401两点接地。当线路上发生接地故障时由于地电流的作用引起变电站地电位的变化，在差动保护电流输入端C4401、N4401之间外加了一个电压Δu，该电压产生一个附加的电流ΔI，其数值达到了保护的整定值，造成了保护的误动作。
其故障现象如下：2004年6月10日12时56分，220kV华双线发生C相单相接地故障，故障时的系统结构见图1。同时滨州站#3主变保护B屏差动保护动作；#3主变5012、5013、203开关跳闸；#3所用变低压侧401开关跳闸；#3主变压器停电。滨州站的系统情况见图2。
故障时滨州站天气晴好，站内无任何操作。#3主变压器带有功负荷126.9MW、无功负荷53.9Mvar。高压侧电流150A、中压侧电流350A、低压侧只带#3所用变压器运行，电流接近0A。
保护室内3号主变保护B屏上“II跳闸动作”、“保护2动作”、“跳闸位置”、“保护动作”指示灯亮，液晶显示屏显示“差动动作”，保护打印报告为C相故障。
保护打印报告所提供的故障瞬间B屏差动保护低压侧电流与A屏比较，差别较大，A屏为0.01A，B屏为5.3A，所以重点对#3主变室外的二次回路绝缘以及B屏差动保护装置的采样回路进行了检查，结果如下。
#3主变保护B屏差动保护装置采样试验结果正确。
#3主变C相本体低压侧套管CT二次接线端子至主变本体端子箱的电缆中T1c-2S1线芯对地绝缘为零，电流互感器二次线圈绝缘均异常。
#3主变C相本体低压侧套管CT二次回路通电情况。在甩开上述接地线芯的条件下，对CT二次回路通电时B屏差动保护装置显示采样值与 所加电流一致；CT二次回路带上述接地线芯后，在CT二次侧通入14.0A电流时，保护装置显示采样值为5.4A，说明接地线芯有明显分流。更换备用芯后绝缘正常，在CT二次侧通入10.0A电流时，保护装置所显示的采样值为10.0A。
检查结果表明：3号主变B屏差动保护存在误动现象。
在此需要看一下主变差动保护的接线与原理，主变差动保护为比例制动原理的微机保护，其原理接线见图3、展开接线见图4。
1、正常及区外接地故障时
系统正常及区外接地故障时，变压器三侧零序电流处于平衡状态：
500kV侧：三相差电流-3i01＝0；
220kV侧：三相差电流-3i02＝0；
35kV侧：靠接线虑掉了零序电流；
因此，系统正常及区外接地故障时保护不会动作。
2、区内接地故障时
当变压器发生差动保护的区内接地故障时，三相差电流≠0，数值达到定值时保护动作跳闸，其动作特性见图5。
下面是对差动保护误动的原因分析：
1、主变35kV侧输入B屏的电流进入了保护的动作区
主变35kV侧CT二次输入B屏的5.3A电流已进入保护的动作区，因此保护装置动作是毫无疑问的，关键是弄清楚5.3A的电流时怎样产生的。从原理上讲35kV侧为负荷侧，当220kV系统发生故障时，该侧不可能提供短路电流；再者35kV侧CT二次不反映零序电流，因为220kV单相接地故障时35kV侧三角形中形成的环流正好使两者在二次线中抵消，零序电流被抵消的电路见图6。
2、35kV侧的二次电流是CT两点接地造成的
35kV侧CT二次的电流是CT两点接地引起的，并非是由一次电流感应到二次的结果。假如是一次电流感应到二次的话，两个保护屏得到的数据基本是对一致的，但现在只有B屏有电流而A屏没有。
当220kV系统发生单相接地故障时，两点接地的保护输入CT回路从地电流中得到分流，此分得的电流值正是起动保护并使之动作的电流。单相接地故障时的电流分布电路见图6。
3、二次回路的第二接地点是二次绝缘击穿所致
当雷电对地放电或220kV系统发生单相接地故障时，变电站地网中有电流流过，见图7。此时变压器侧二次电缆外层对CT固有接地点(位于保护室)的电位不再是零，变压器中性点处电位升高最大，在绝缘薄弱的环节被击穿，造成了CT二次回路的第二个接地点，这是导致保护误动作的根源所在。
4、结论
综上所述，可以得到如下结论：
是一次系统接地故障使地电位提高导致了C4401的电缆线绝缘的损坏。
是一次系统接地的短路电流直接输入差动保护并使其动作，造成了#3主变跳闸。
本方案采用的方案措施：
预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，其特征在于该方法至少包括以下措施的一项：
1)保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态；
2)保证CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ；
3)控制地电位的升高水平，使其小于2000V。
为了保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态，本发明的一个实施例采用增加CT二次就地端子A、B、C相与对地端子的间距为设计间距的1.5倍的方法，该方法具有对现有设备改造简单的优势；本发明的另一个实施例在CT二次就地端子A、B、C相与对地端子间设置8mm空端子的方法，起到隔离作用，该方法具有对现有设备改造简单的优势；本发明的再一个实施例采用上述两种提高CT二次就地端子对地正常的绝缘状态的措施，联合作用。本领域的技术人员也可以采用其他的措施以替保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态，基于本发明这一技术特征的具体方式应当落入本发明的保护范围之内。
所述步骤2)中CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ的检验在变电站差动保护的新安装检验以及定期检验期间进行，可以保证所说绝缘电阻的检测频率。除此之外，诸如电厂事故之后的这一不可避免检测，这应当也落入本发明的保护范围之内。
所述CT二次电缆对地绝缘电阻若小于1MΩ，则更换所述二次电缆，使其对地绝缘电阻不小于1MΩ，保持绝缘级别的常态。
为了控制地电位升高水平，需定期检测变压站接地网的接地电阻，满足2000V/Id的指标，这一指标比较符合目前接地电阻的状况，自然，接地电阻越小越好，但是越小，所采取的实现措施就越困难，虽然本领域的技术人员提出控制地电位小于600V，但以目前的技术状况想实现起来很困难。
为了达到上述指标，采用增加地网线密度的方法减小所述接地电阻值，增加地网线密度不仅能够获得比较小的接地电阻，并且对系统中的数字设备能够起到很好的保护作用。
更具体地，在变电站接地网上附设铜导线以减小保护安装处到变压器中性点之间的接地电阻，成本低，效果好。
Claims (3)
1.一种预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，
该方法至少包括以下措施：
1)保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态；
2)保证CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ；
3)控制地电位的升高水平，使其小于2000V；
其特征在于：为了保持CT二次就地端子对地正常的绝缘状态，其一采用增加CT二次就地端子A、B、C相与对地端子的间距为设计间距的1.5倍以上；其二，采用在CT二次就地端子A、B、C相与对地端子间设置8mm空端子的方法；或者以上两种措施结合使用；所述措施2)中CT二次电缆对地绝缘电阻不小于1MΩ的检验在变电站差动保护的新安装检验以及定期检验期间进行，若CT二次电缆对地绝缘电阻小于1MΩ，则更换所述二次电缆；
为了控制地电位升高水平，需定期检测变压站接地网的接地电阻，满足2000V/Id的指标。
2.根据权利要求1所述的预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，其特征在于：采用按1.5倍增加设计地网线密度的方法以减小所述接地电阻。
3.根据权利要求2所述的预防地电流入侵差动保护模拟量通道导致其误动的方法，其特征在于：在变电站接地网上附设铜导线以减小保护安装处到变压器中性点之间的接地电阻。
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