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反击引起的电气扩大事故原因分析及整改措施张红波

发表时间：2020/7/2 来源：《电力设备》2020年第5期作者：张红波王俊志

[导读] 摘要：良好的接地是保证电力系统安全稳定运行的重要一环，接地电阻过大引起的反击往往带来电气事故的扩大化。

        （中国石油独山子石化分公司供水供电公司新疆独山子 838600）
        摘要：良好的接地是保证电力系统安全稳定运行的重要一环，接地电阻过大引起的反击往往带来电气事故的扩大化。本文主要从三起接地电阻过大引起的反击事故案例谈起，重点分析了一起本站发生的由接地电阻过大引起电气扩大事故的原因，并提出了五条针对接地和接地电阻进行整改的措施和建议。
        关键词：接地电阻；分析；反击；整改措施
        引言
        近年来，发生在国内外的各类由于雷击或线路接地引起的电气扩大事故，多数都与接地电阻的不合格有关。当接地电阻过大，发生雷击或接地故障时,设备会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,同时接地系统的接地电阻过大也直接威胁到变电站运行人员的人身安全，影响变电站的安全运行。
        本文结合本站的一起由于接地电阻过大引起的电气扩大事故，来探讨接地电阻问题对变电运行及电力系统的重要影响，及采取的防范措施，和同行们交流。
        1 事故案例
        案例一：2015年12月15日09:36分，乙烯变发生了一起由于110kV动烯二线线路绝缘子冰闪造成的线路B相接地短路，动烯二线断路器跳闸事故。事故还造成了主控室1#主变非电量保护装置电源插件烧毁，直流屏交流采样模块烧毁，直流屏出线开关跳闸，23套保护装置失电， 6kV、110kV 部分保护电源插件故障。
        一起110kV线路的单相接地事故为什么会造成这么大的影响呢？从这些现象可以看出2#直流屏所供电的直流系统出现了瞬间的过压，在高电位的作用下，一些保护及自动装置的元件绝缘被击穿，造成电源插件烧毁或开入继电器故障。事故后检查发现，1#主变本体温控器内部接线端子烧毁，温控器与变压器本体连接的安装螺丝有放电烧蚀痕迹。当时运行方式为1#主变中性点直接接地，由此可以判断这是一起典型的由于1#主变中性点接地电阻过大，引起的反击过电压事故。事故后，调整2#主变中性点接地，经测试，1#主变的中性点接地电阻为32Ω。
        这个案例是变电站接地网接地电阻过大引起的电气扩大事故，造成巨大的经济损失，所以，对于接地电阻过大的现象应引起足够的重视。
        2 原因分析
        案例一，110kV系统为大电流接地系统，1#主变中性点直接接地，且1#主变中性点接地为本站唯一的一个接地点。当系统发生单相接地故障时，接地故障点和1#主变中性点接地点形成回路。当系统发生接地短路时，如果变压器中性点接地电阻偏大时，或者站内接地网的接地电阻偏大时，就会造成中性点对地的电位升高，升高的幅度，应取决于接地短路电流和接地电阻的大小。变压器中性点的接地点与变压器本体的接地点为同一点，变压器中性点电位偏移后，会造成变压器本体的对地电位升高，如果这个电压达到一定的值，就可能使导电部分对二次电缆产生反击放电，导致高电压通过控制电缆进入主控室保护测控装置。导致直流系统出现瞬间的过电压，烧毁保护装置及二次设备。这种情况也会造成电网的局部地带跨步电压和接触电压过大，可能发生人身电击伤害事故。
        反击过电压产生的原因归纳有以下几方面：1、接地装置因散流而电位升高；2、雷电流或短路电流在导线（或电缆外皮、接地下引线、建构筑钢筋等）产生电阻压降；3、高电位通过某些电容传递到其他地方时造成过电压。
        限制接地电位升高的方法，一、增大系统的零序阻抗，减少接地短路电流，即断开系统中部分直接接地的变压器中性点。二、减少接地电阻。在大电流接地系统中，仅有部分变压器的中性点直接接地，根据继电保护的要求，合理分配系统的接地点，减少接地短路电流。

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减少接地电阻，应是解决接地电位升高问题的一个重点方向，根据GB/T-50065-2011《交流电气装置接地设计规范》4.2.1规定：保护接地要求的发电厂和变电站接地网的接地电阻，应符合R≤ 2000/Ig ，当Ig>4000A时，为保证接地网电位不高于2kV，则R≤0.5Ω，如果接地装置的接地电阻过大，接地装置的地电位就会抬高，因此要求接地网电位低于2kV，对于大电流接地系统，随着系统容量的增大。接地短路电流也增大，可能高达5kA以上，即使接地电阻在0.5Ω，接地电压也会高达2.5kV以上。在这种情况下，如果接地装置局部腐蚀，土壤电阻率过大，接地导体截面变小，接地电阻变大，在发生系统的单相接地故障时，在短路电流作作用下，都会导致接地网出线高的电位差。经查阅相关资料，对于110kV电压等级的发电厂和变电所，在发生接地短路最初瞬间，接地网的瞬时电位为6.2kV至29kV。在这种情况下，如果接地网的均压措施不好、接地电阻过大，就会产生反击过电压。
        3 整改措施及建议
        从以上三起事故案例，可以分析得到，因接地电阻过大而引起的变电站的扩大事故，造成的损失非常巨大。而生产中对埋在地下的接地网的重视和维护却往往不够。下面结合本站对接地网的维护和整改措施，提出以下建议：
        3.1定期测量地网接地电阻，定期检查接地装置的腐蚀情况
        建议每年可以两次测量接地网的接地电阻，一次在春季雷雨季节之前，一次在秋季污闪季节之前。做好接地网接地电阻的测量和分析，提高监测的质量和监测的水平。采用可靠的测量仪器和测量方法，及时发现地网接地电阻的缺陷。
        3.2系统扩容后，重新校核接地引下线的短路容量
        3.3 接地装置整改施工监管
        3.4 采用新技术降低接地电阻
        本次乙烯变接地电阻改造施工采用了新型的FLD防腐型电解离子接地极，接地极使用纯精铜管，管内含有电解质和高分子材料，管体有多个呼吸排泄孔，能够不断主动吸收周围环境中存在的水分子并与之相结合，在潮解作用下，产生电解液，通过底部出液孔，缓慢释放出活性电解离子，均匀流入土壤中，并向四周不断持续扩散，增加了接地极周围土壤的电解离子含量，降低了土壤电阻率，增大了接地极与土壤的接触面积，降低了接地极与土壤的接触电阻。本次施工后，测量1#主变中性点接地电阻降低为0.12Ω，满足了规程及设计的要求。
        3.5 严格规范站内设备接地，提高二次回路的抗干扰能力
        根据中华人民共和国国家标准GB/T-50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》第2.3.12条直接接地或经消弧线圈接地的变压器、旋转电机的中性点与接地体或接地干线的连接，应采用单独的接地线。即要求变压器的中性点的接地与应单独与接地体相连，而不应和设备接地及其他接地共用一个引下线接地。根据中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂、变电所二次设计技术规范》DL/T5136-2001，高压开关站二次回路的外屏蔽层电缆宜一端接地，如果现场接地良好，应在现场接地，否则应在控制室接地。如果控制电缆屏蔽层在开关场接地，则要求接地点远离变压器接地点和TA、TV的接地点3～5米。根据反击事故原因分析认为，二次回路的电缆外屏蔽层宜在控制室进行一端接地，可降低因高压设备外壳电位升高而通过屏蔽线进入二次回路的可能性。
        变电站或供电系统接地电阻过大问题，应引起足够的重视和及时的整改，本文提出的整改措施在本站进行了实施和验证，取得较好的效果。做为电气工作人员，我们应严格执行电力安装、设计、施工规范，及时消缺，保证电力系统的安全稳定运行。
        参考文献
        [1]中华人民共和国电力行业标准DL/T5136-2001《火力发电厂、变电所二次设计技术规范》北京：中国电力出版社，2002
        [2]张秀娥. 变电运行现场案例分析及技术问答，北京：中国电力出版社，2009
        [3]中华人民共和国国家标准GB/T-50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》北京：中国计划出版社，2011