白 瑞

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001）

0 引言

《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》文件中規(guī)定：“公用電壓互感器的二次回路只允許在控制室內(nèi)有一點(diǎn)接地，已在控制室一點(diǎn)接地的電壓互感器二次線(xiàn)圈，宜在開(kāi)關(guān)場(chǎng)將二次線(xiàn)圈中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙或氧化鋅閥片接地，其擊穿電壓峰值應(yīng)大于30 ImaxV。應(yīng)定期檢查放電間隙或氧化鋅閥片，防止造成電壓二次回路多點(diǎn)接地的現(xiàn)象”。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，一般公用電壓互感器的二次回路配置氧化鋅閥片的設(shè)計(jì)使用方式居多。氧化鋅閥片是一種瓷瓶式外觀結(jié)構(gòu)，其動(dòng)作擊穿損壞后無(wú)法直觀判別內(nèi)部情況，造成保護(hù)設(shè)備長(zhǎng)期處于多點(diǎn)接地運(yùn)行的狀況，存在拒動(dòng)和誤動(dòng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患。本文針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，提出了一種氧化鋅閥片的監(jiān)控檢修方法。

1 電壓互感器二次繞組接地點(diǎn)和氧化鋅閥片的作用

1.1 二次繞組接地點(diǎn)的作用

變電站中電壓互感器二次繞組回路必須有且只有一個(gè)接地點(diǎn)。接地的主要作用有兩個(gè)：一個(gè)是為了防止高電壓串入低壓回路造成人身和設(shè)備的危害；另一個(gè)作用是作為繼電保護(hù)、測(cè)控等二次設(shè)備工作電壓的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。

1.2 氧化鋅閥片的作用

變電站內(nèi)發(fā)生工頻接地故障或雷電沖擊傳遞過(guò)電壓入侵時(shí)，變電站地網(wǎng)內(nèi)可能注入非常大的工頻短路電流或雷電流。此時(shí)變電站接地網(wǎng)2點(diǎn)間的暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)電位差非常高，甚至可能超過(guò)電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)的耐壓水平，從而對(duì)二次繞組中性點(diǎn)絕緣構(gòu)成威脅。因此為了防止這種過(guò)電壓現(xiàn)象，對(duì)于已在控制室一點(diǎn)接地的電壓互感器二次線(xiàn)圈，在其中性點(diǎn)上設(shè)計(jì)接入了氧化鋅閥片來(lái)更好地保護(hù)中性點(diǎn)的絕緣。一般的安裝方式均是在就地端子箱內(nèi)從電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)串接氧化鋅閥片后接入主地網(wǎng)。

2 氧化鋅閥片監(jiān)測(cè)問(wèn)題及檢修現(xiàn)狀

氧化鋅閥片的配置設(shè)計(jì)很好地保護(hù)了中性點(diǎn)，但近年來(lái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況反映，也存在一些不盡人意的情況。

2.1 氧化鋅閥片的監(jiān)測(cè)問(wèn)題

a）氧化鋅閥片是純物理方式的過(guò)電壓保護(hù)器，外觀為封閉式瓷瓶，其本身不具有電子邏輯式采集和監(jiān)控電路，所以運(yùn)檢人員在就地和遠(yuǎn)方均觀測(cè)不到其運(yùn)行狀態(tài)，因此氧化鋅閥片的工作情況是處在完全失去實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)，另外氧化鋅閥片的擊穿動(dòng)作值離散性較大，元件可靠性較低，極易損壞。一旦元件損壞，它呈導(dǎo)通狀態(tài)的幾率就很大，由于無(wú)法在線(xiàn)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀況，因此有可能導(dǎo)致變電站中電壓二次回路系統(tǒng)長(zhǎng)期兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地狀況下運(yùn)行，給繼電保護(hù)設(shè)備埋下安全隱患。

b）氧化鋅閥片正常擊穿或由于質(zhì)量問(wèn)題誤擊穿時(shí)，均會(huì)造成電壓二次回路中性點(diǎn)兩點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地的情況。此時(shí)當(dāng)變電站內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重接地故障時(shí)勢(shì)必在繼電保護(hù)工作電壓回路中疊加了一個(gè)附加零序電壓，使得繼電保護(hù)裝置感受到的電壓相角幅值不正確，這樣必然會(huì)增加繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)和拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 氧化鋅閥片檢修現(xiàn)狀

為了防止造成電壓二次回路多點(diǎn)接地的現(xiàn)象，規(guī)定中要求應(yīng)定期檢查氧化鋅閥片的完好性。但對(duì)于雙母線(xiàn)接線(xiàn)方式各間隔二次設(shè)備均公用母線(xiàn)電壓互感器的情況時(shí)，其配置的氧化鋅閥片也是在公共回路上工作的，即使有某個(gè)間隔退出運(yùn)行進(jìn)行停電檢修，但由于其他間隔還處于運(yùn)行狀態(tài)，所以氧化鋅閥片也是無(wú)法得到及時(shí)的檢查。如果考慮帶電檢修方式，則必須結(jié)合雷電活動(dòng)較少的天氣環(huán)境下，配合相應(yīng)安全措施，才可對(duì)氧化鋅閥片進(jìn)行檢查，給檢修工作帶來(lái)極大的不便。

3 多點(diǎn)接地對(duì)繼電保護(hù)的影響

如圖1所示，變電站中有3個(gè)接地點(diǎn)的電壓互感器二次回路系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，將在變電站的地網(wǎng)中產(chǎn)生電流，這樣就會(huì)在I、II、III3個(gè)接地點(diǎn)間產(chǎn)生電位差 ΔU12、ΔU23、ΔU13，導(dǎo)致接入保護(hù)的電壓不是反映真實(shí)UA、UB、UC的電壓，而是 UA＇、UB＇、UC＇的電壓。其中 UA＇=UA+ΔU、UB＇=UB+ΔU 、UC＇=UC+ΔU，這樣自產(chǎn)零序電壓 3U0=UA＇+UB＇+UC＇=UA+ΔU+UB+ΔU+UC+ΔU=UA+UB+UC+3ΔU，產(chǎn)生ΔU的原因是變電站入地電流通過(guò)地網(wǎng)接地阻抗，使接地短路后的變電站地網(wǎng)電位高于大地電位，其值決定于地網(wǎng)接地電阻和入地電流的大小[1]。地網(wǎng)電位與大地電位不一致，會(huì)給零序電壓帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題，這個(gè)ΔU電壓將導(dǎo)致零序方向元件誤動(dòng)作。

圖1 電壓互感器二次中性點(diǎn)多點(diǎn)接地情況示意圖

4 氧化鋅閥片監(jiān)控技術(shù)探討

本文根據(jù)以上的分析研究提出了一種電壓互感器二次回路中性點(diǎn)氧化鋅閥片的監(jiān)控方法，不僅可以遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)，且當(dāng)主氧化鋅閥片有動(dòng)作時(shí)，通過(guò)主備氧化鋅閥片的切換工作，為在運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)氧化鋅閥片進(jìn)行檢修更換工作提供了可能性。具體電路如圖2所示。

4.1 氧化鋅閥片監(jiān)控電路設(shè)計(jì)

監(jiān)控電路元器件包括：交流電流繼電器1、重動(dòng)繼電器電壓線(xiàn)圈2-1、重動(dòng)繼電器電流線(xiàn)圈2-2、時(shí)間繼電器3、可復(fù)歸按鈕4、直流接觸器5、主氧化鋅閥片6、備氧化鋅閥片7、報(bào)警電路。

4.1.1 主氧化鋅閥片動(dòng)作啟動(dòng)電路

圖2 電壓互感器二次中性點(diǎn)氧化鋅閥片監(jiān)控電路

交流電流繼電器1安裝在開(kāi)關(guān)場(chǎng)配電柜內(nèi)，接于電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)N與主備氧化鋅閥片切換回路之間；當(dāng)二次繞組中性點(diǎn)有過(guò)電壓時(shí)，通過(guò)交流電流繼電器1的動(dòng)作情況監(jiān)視反映電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)是否有出現(xiàn)高電壓導(dǎo)致主氧化鋅閥片6擊穿動(dòng)作的情況。此交流電流繼電器1可以整定電流定值，當(dāng)電壓互感器二次繞組出現(xiàn)危及中性點(diǎn)絕緣的過(guò)電壓水平時(shí)，主氧化鋅閥片6在擊穿動(dòng)作過(guò)程，有一定的交流電流流過(guò)。考慮到躲過(guò)雜散干擾電流影響以及其監(jiān)視作用的靈敏性，可將交流電流繼電器1監(jiān)視電流定值設(shè)定為30 mA，當(dāng)主氧化鋅閥片6擊穿電流大于30 mA時(shí)，交流電流繼電器1瞬時(shí)動(dòng)作。

4.1.2 主備氧化鋅閥片切換電路

直流接觸器輸出常閉接點(diǎn)5-1與主氧化鋅閥片6串聯(lián)；直流接觸器輸出常開(kāi)接點(diǎn)5-2與備用氧化鋅閥片7串聯(lián)，上述2串聯(lián)電路再并聯(lián)后形成主備氧化鋅閥片切換回路。當(dāng)直流接觸器5啟動(dòng)動(dòng)作后，直流接觸器輸出常閉接點(diǎn)5-1斷開(kāi)，將主氧化鋅閥片6退出運(yùn)行狀態(tài)，直流接觸器輸出常開(kāi)接點(diǎn)5-2閉合，將備用氧化鋅閥片7投入運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了主氧化鋅閥片6與備用氧化鋅閥片7的切換工作過(guò)程，確保了二次回路不會(huì)出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地長(zhǎng)期運(yùn)行的現(xiàn)象。

4.1.3 自保持電路

當(dāng)交流電流繼電器1動(dòng)作后，其輸出常開(kāi)接點(diǎn)1-1閉合，使重動(dòng)繼電器電壓線(xiàn)圈2-1動(dòng)作。這樣重動(dòng)繼電器常開(kāi)接點(diǎn)2-3閉合，又通過(guò)重動(dòng)繼電器電流線(xiàn)圈2-2、時(shí)間繼電器3、可復(fù)歸按鈕4串聯(lián)回路，同時(shí)啟動(dòng)了重動(dòng)繼電器電流線(xiàn)圈2-2和時(shí)間繼電器3。重動(dòng)繼電器電流線(xiàn)圈2-2的作用是起到電流自保持的功能，即當(dāng)發(fā)生主氧化鋅閥片6擊穿過(guò)程時(shí)，即使出現(xiàn)擊穿電流小于30 mA時(shí)，重動(dòng)繼電器電流線(xiàn)圈2-2也會(huì)記憶并自保持曾經(jīng)動(dòng)作的過(guò)程。

4.1.4 時(shí)間繼電器的作用

時(shí)間繼電器3的作用是可以設(shè)定監(jiān)控發(fā)信報(bào)警和主備氧化鋅閥片切換工作的處置時(shí)間?？紤]各種過(guò)電壓時(shí)氧化鋅閥片6擊穿過(guò)程時(shí)間的非線(xiàn)性情況，可設(shè)定時(shí)間繼電器3的動(dòng)作時(shí)間定值為3 s。時(shí)間繼電器輸出延時(shí)閉合接點(diǎn)3-2接于報(bào)警發(fā)信電路。

4.1.5 報(bào)警與復(fù)歸電路

運(yùn)維人員可以根據(jù)報(bào)警信號(hào)快速定位動(dòng)作地點(diǎn)位置，提示運(yùn)維人員盡快檢查主氧化鋅閥片的完好性，如果發(fā)現(xiàn)主氧化鋅閥片存在異常，就可以及時(shí)更換。當(dāng)運(yùn)維人員檢查并處置好主氧化鋅閥片后，可以按下復(fù)歸按鈕將自保持回路斷開(kāi)，從而恢復(fù)主氧化鋅閥片的正常運(yùn)行工作狀態(tài)。

4.2 氧化鋅閥片監(jiān)控電路原理

正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電壓互感器二次繞組出現(xiàn)危及中性點(diǎn)絕緣的過(guò)電壓水平時(shí)，主氧化鋅閥片在被擊穿動(dòng)作的過(guò)程中，會(huì)有一定大小的交流電流流過(guò)，通過(guò)交流電流繼電器的動(dòng)作狀況來(lái)反映主氧化鋅閥片的擊穿動(dòng)作情況。在主氧化鋅閥片擊穿動(dòng)作后，利用主備氧化鋅閥片的切換電路，將備用氧化鋅閥片投入工作狀態(tài)，這樣既防止了主氧化鋅閥片損壞性擊穿導(dǎo)致的中性點(diǎn)多點(diǎn)接地運(yùn)行情況，又可以保障電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)始終處于有過(guò)電壓保護(hù)的狀態(tài)。通過(guò)報(bào)警電路迅速定位動(dòng)作的氧化鋅閥片位置，提醒運(yùn)維人員對(duì)主氧化鋅閥片進(jìn)行檢修維護(hù)工作，如果主氧化鋅閥片有損壞時(shí)可以立即更換。此監(jiān)控電路杜絕了由于氧化鋅閥片擊穿導(dǎo)致多點(diǎn)接地運(yùn)行造成繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)和拒動(dòng)事故的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)有且僅有1個(gè)接地點(diǎn)，當(dāng)與其配合使用的氧化鋅閥片被擊穿損壞時(shí)，必將導(dǎo)致多點(diǎn)接地現(xiàn)象，對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備造成嚴(yán)重影響。本文提出的氧化鋅閥片監(jiān)測(cè)方法解決了現(xiàn)有變電站中由于氧化鋅閥片先天無(wú)法監(jiān)控的缺陷，通過(guò)監(jiān)控電路實(shí)時(shí)掌握氧化鋅閥片的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能夠及時(shí)更換處理，極大地降低了多點(diǎn)接地運(yùn)行導(dǎo)致的繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 景敏慧．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)作實(shí)例分析[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2012.