三峡电站允许地电位升高试验研究

为了确定提高地网允许电位升高值是否可行，作者在研究了控制电缆的工频耐压特性之后在本文中又研究了继电保护设备的工频耐压特性对该值的影响，并进行了试验。结果表明，继电器绝缘的工频耐压特性是影响这一数值的关键因素。

　　关键词：三峡电站；地电位升高；继电器；工频耐压特性

　　1、引言

　　继电器在系统发生故障时应能安全可靠地动作，这对系统的安全与稳定有着极其重要的意义。由于继电器有接地点，所以故障时流过地网的故障电流所引起的地电位升高也将加在继电器的绝缘上，继电器的绝缘是否能够承受这种突然的短时工频高压是一个值得注意的问题。对于三峡电站而言，流过地网的最大短路电流设计值为34kA，地处花岗岩地带的三峡电站的地网电阻又不可能低于0.06W [1]，这使三峡电站的地电位升高将大于2kV，即需要提高允许地电位升高值。在国内外接地标准中[2，3]，重点考虑的是地电位升高对人身安全的影响，并做了大量工作 [4～7]，但对低压及电子设备安全的影响考虑得很少。文献[8][9]中讨论了低压系统内设备的绝缘配合，在一定程度上可供参考。文[10]对控制电缆的工频耐压特性进行了研究，得出了一些很有价值的结论。

　　本文对二次设备的工频伏秒特性进行了试验研究，为确定地网电位升高的最佳允许值提供依据。试验结果表明，继电器绝缘的工频耐压特性是限制提高最大允许地电位升高的最关键因素。

　　2、试验准备

　　2.1 试验装置和方法 试验应模拟继电器的实际运行工况，即故障时突然承受地电位升高。本试验方法为以一定幅值的工频高压突然合闸加在试品上，选用的试品为常规继电器和固态继电器。由于继电器试品有限，每个继电器多次加压，直到绝缘击穿为止。在常规继电器试验中，外形尺寸较大的继电器（通常是一些专用继电器）一般都有外壳定位螺栓接地，故试验电压施加在定位螺栓与线圈的接线柱之间；外形较小的通用继电器通常没有定位螺栓，作用电压施加在线圈与常闭接点之间；固态继电器有四个接点，即两个交流输出（开关）接点，两个直流输入（控制）接点，继电器工作时直流控制接点的正极接地，所以让试验电压作用于直流控制接点的正极与交流输出（开关）接点之间，直流控制接点的正极接点为高压端，交流输出（开关）接点接地。

　　试验记录击穿时间和所加试验电压，即继电器的工频伏秒特性。试验装置原理接线图同文[1].

　　2.2 试品的选择 选用的继电器试品有：

　　a）较大的专用继电器：3只旧继电器和1只新继电器；

　　b）较小的通用继电器：JQX-13F型小方型继电器（C型）；MY2-24VDC型OMRON继电器（Y型）；MK2P-I型OMRON继电器（K型）；

　　3、试验结果及分析

　　3.1 专用继电器

　　专用继电器外壳定位螺栓一般是固定在保护屏上接地的，所以做继电器的耐压试验时，试验电压作用在外壳定位螺栓和线圈接线柱之间，这类继电器的击穿放电一般是在继电器外壳定位螺栓和线圈接线柱之间的沿面放电。

　　3.2 通用继电器

　　通用继电器内均有两对常开和常闭接点，所以试验时先对左边的接点加压，再对右边的接点加压，以便获得更多的试验数据。由于继电器在使用时电源总有一端是接地的，而继电器的常开接点金属部分较小，不易对其它部位放电，故将电压加于线圈与常闭接点之间。

　　3.3 固态继电器

　　普通封装的固态继电器击穿时几乎都是合闸即击穿，并可见到明显的火花放电，听见明显的放电声，环氧封装的固态继电器击穿时则未能观察到继电器内部的放电现象。 两种普通封装的固态继电器，耐压值主要取决于采用的光电隔离器件，击穿电压在4.5kV以上。环氧封装的两种固态继电器耐压值较高，在9kV以上，这可能与它们的内部结构、封装固体材料等因素有关。

　　4、结论

　　（1）继电器的工频伏秒特性是很平坦的，在0～30s的范围内可以认为是一条水平直线。

　　（2）对专用继电器、通用继电器和环氧封装的固态继电器的绝缘性能而言，地电位升高到5.0kV是可以承受的。

　　（3）基于安全考虑，若地电位升高到5.0kV，不宜采用普通封装的固态继电器。

　　参考文献

　　[1] 戴传友，文习山，方瑜。 三峡电站接地电阻的初步计算[J].高电压技术，1997，23（2）：59.

　　[2] DL/T 621-1997.交流电气装置的接地。

　　[3] IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding，2000.

　　[4] Nahman J M.Assessment of the risk of fatal electric shocks inside a substation and in nearby exposed areas[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1990，5（4）：1794.

　　[5] Sakis Meliopoulos A P，Feng Xia，Joy　E　B et al.An advanced computer Model for grounding system analysis[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8（1）：13.

　　[6] Jiri George Sverak.Progress in step and touch voltage equations of ANSI/IEEE std 80——Historical Perspective[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1998，13（3）。

　　[7] Sakis Meliopoulos A P，Dunlap J.Investigation of grounding related problems in AC/DC converter stations[J].IEEE Transactions on Power Delivery，1988，3（2）。

　　[8] GB/T 16935.1-1997 低压系统内设备的绝缘配合（第一部分：原理、要求和试验）。

　　[9] 李世林，郭汀。电气装置和电气设备的电击防护技术[M].中国标准出版社，1999年3月。

　　[10] 文习山，等。三峡电站允许地电位升高试验研究（Ⅰ）[J].电网技术，2003，27（2）。