電流互感器接地點原則及案例分析

杜喜來

(內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古 托克托 010216)

0 引言

在生產(chǎn)過程中，需要對系統(tǒng)中各一次設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)測，以保證電力系統(tǒng)的安全運行，通常方式是將一次回路的大電流正比變換為二次小電流，供給測量儀表、繼電保護和自動裝置使用，這就是電流互感器的作用[1]。

1 電流互感器接地原則

《國家電網(wǎng)十八項重大反事故措施》中第6.3.2條規(guī)定：作為公用的電流互感器二次繞組二次回路，只允許且必須在保護屏內(nèi)一點接地。獨立的、與其他電流互感器的二次回路沒有電氣聯(lián)系的二次回路接地點應選擇在開關(guān)場內(nèi)就近一點接地[2]。

交流電流回路設(shè)置接地點的目的是保證人身和設(shè)備的安全，但如果接地點選擇不正確，會造成繼電保護裝置不正確動作。在電磁式保護時代，差動保護的電流回路，只允許在保護盤上一點接地，不能在各自的端子箱接地，防止區(qū)外故障時電流二次回路的分流導致保護誤動。在3/2接線的廠站中，保護取合電流時，則在就地端子箱將兩組電流互感器合在一起再經(jīng)電纜送至保護盤，選擇在端子箱一點接地[3]。

目前的微機保護，特別是差動保護的組成及邏輯都是在裝置內(nèi)部實現(xiàn)，裝置所接入的各側(cè)電流回路都沒有直接電的聯(lián)系，因此，各側(cè)的電流互感器二次接地點應選擇在就地端子箱接地。本文針對一起由于電流互感器二次回路出現(xiàn)多點接地，因分流導致保護不正確動作事件進行分析，強調(diào)二次回路一點接地的重要性[4]。

2 事件經(jīng)過

某電廠#3機組發(fā)電機變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)保護B屏主變壓器(以下簡稱主變)差動保護動作，導致汽輪機打閘、發(fā)電機跳閘、發(fā)電機出口斷路器跳閘、滅磁開關(guān)跳閘、主變跳閘、5031斷路器和5032斷路器跳閘、高壓廠用變壓器(以下簡稱高廠變)跳閘，廠用變壓器所帶負荷切換至啟備變運行。

3 故障時數(shù)據(jù)記錄

主變差動保護動作后檢查發(fā)變組保護裝置各保護動作信息如下。

發(fā)變組保護A屏RCS-985裝置只有500 kV斷路器聯(lián)跳開入量保護動作，無其他電氣量保護動作。

發(fā)變組保護B屏DGT801裝置500 kV斷路器聯(lián)跳動作、主變B相差動保護動作。

機組故障錄波器記錄：主變高壓側(cè)三相電流、發(fā)電機機端三相電流、高廠變高壓側(cè)三相電流，在發(fā)變組保護B屏主變差動保護動作前100 ms內(nèi)無任何突變。

4 保護動作邏輯分析

4.1 保護動作順序

(1)發(fā)變組保護B屏主變差動保護首先動作，跳開發(fā)電機出口斷路器、5031斷路器、5032斷路器，同時關(guān)閉主汽閥。

(2)由于5031斷路器、5032斷路器斷開，使500 kV升壓站內(nèi)500 kV斷路器聯(lián)跳保護動作，送至機組使發(fā)變組保護A屏及B屏500 kV聯(lián)跳保護都動作。

4.2 發(fā)變組保護C屏非電量保護動作情況

主變重瓦斯、主變輕瓦斯、壓力釋放、繞組超溫等異常報警均未發(fā)出，主變各側(cè)電流、電壓正常無畸變，且主變差動保護差流很小，判斷主變運行正常。

推斷此次主變差動保護動作，是一起由于電流互感器二次回路原因?qū)е碌谋Ｗo誤動作事件。

4.3 變壓器差動保護原理

變壓器差動保護不反應外部短路故障，當被保護一次設(shè)備完好時，不管外部系統(tǒng)發(fā)生何種短路故障，總有流入保護裝置正向電流矢量和為零；變壓器差動保護只反應變壓器繞組和引出線多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線單相接地短路及繞組匝間短路故障，是變壓器的主保護[5]。

變壓器為Ydll接線方式，高低兩側(cè)電流間有30°的相位差，會在差動回路中產(chǎn)生一個不平衡電流。為了消除這個不平衡電流，將變壓器高壓側(cè)星形二次繞組接成三角形，將低壓側(cè)三角側(cè)二次繞組接成星形，可以將電流互感器二次電流的相位校正過來。電流相量圖如圖1所示[6]。

圖1 變壓器差動保護接線及相量圖

圖中，IAY，IBY，ICY為變壓器星形側(cè)的3個線電流，對應的二次電流為IaY，IbY，IcY，所以流入差動回路電流為：Iar=IaY-IbY，Ibr=IbY-IcY，Icr=IcY-IaY，分別超前于IAY，IBY和ICY的相角為30°。在變壓器的三角形側(cè)，三相線電流分別為IAd，IBd，ICd，分別超前于IAY，IBY和ICY的相角為30°。該側(cè)電流互感器輸出電流Iad，Ibd，Icd與IAd，IBd，ICd同相位，流進差動回路的3個電流就是它們的二次電流Iad，Ibd和Icd。

4.4 主變差動保護三側(cè)電流分析

主變差動保護定值：比率系數(shù)Kz，0.5；差動電流啟動值Iq，1.18 A(以主變低壓側(cè)為基準)；拐點電流Ig，2.8 A(歸算至主變低壓側(cè))。

保護動作時主變高壓側(cè)電流為：IA，0.197 A∠0°；IB，0.198 A∠-119.5°；IC，0.239 A∠-193.5°。由此可以算出，在主變高壓側(cè)C相疊加了一個電流IC′，其大小為0.177 A∠-169.1°。

主變低壓側(cè)電流為：Ia，2.607 A∠-152.6°；Ib，2.609 A∠-272.4°；Ic，2.606 A∠-32.8°。高廠變高壓側(cè)電流為：Iga，0.181 A∠4.3°；Igb，0.181 A∠-116.4°；Igc，0.180 A∠-235.6°。

依據(jù)DGT801保護裝置邏輯，主變差動保護制動電流Iz為主變高壓側(cè)、主變低壓側(cè)、高廠變高壓側(cè)中電流最大者，因此，各相制動電流等于主變低壓側(cè)電流，分別為IzB=2.609 A，IzC=2.606 A。

主變差動保護動作方程：

Id>Iq，Iz

(1)

Id>Kz(Iz-Ig)+Iq，Iz>Ig。

(2)

動作特性曲線如圖2所示。

圖2 動作特性曲線

由于制動電流Iz<拐點電流Ig，故用方程(1)，即差流Id大于差動電流啟動值Iq時，保護就會動作。

主變差動保護各相差流為

ΔIA=(IA-IB)K+Ia+Iga，

ΔIB=(IB-IC)K+Ib+Igb，

ΔIC=(IC-IA)K+Ic+Igc。

經(jīng)計算可得平衡系數(shù)K=6.561，主變差動保護各相差流ΔIA=0.208 A∠-164.8°，ΔIB=1.547 A∠54.5°，ΔIC=1.157 A∠-129.2°。B相差流大于動作值，其他兩相都小于動作值，因此，主變B相差動保護動作是主變高壓側(cè)C相電流畸變引起的。

5 原因查找

發(fā)變組保護B屏DGT801裝置采集到主變高壓側(cè)C相存在一個0.056 A左右的二次電流，而此時#3主變處于停電狀態(tài)，對應的電流互感器一次側(cè)并無運行電流，通過檢查保護裝置、二次回路，來尋找產(chǎn)生此電流的原因[7]。

對DGT801裝置各通道進行通流檢測。對主變差動保護三側(cè)加入正相序1 A電流，裝置顯示電流數(shù)值、相位正確；對主變差動保護邏輯功能進行校驗，保護裝置邏輯正確，排除保護裝置采樣通道、邏輯故障導致保護誤動作的可能。

對電流互感器二次回路進行直阻、絕緣測試，三相直阻平衡且阻值符合規(guī)程要求；對電流互感器二次回路進行絕緣測試時，發(fā)現(xiàn)500 kV側(cè)5031斷路器電流互感器二次回路存在兩點接地現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)C相二次線根部電纜老化，有破損接地情況。

6 原因分析

此次事件中變電站的接地網(wǎng)并非實際的等電位面，主變高壓側(cè)電流互感器二次回路接地點在保護屏內(nèi)，但由于C相電流互感器根部電纜破損接地，使其在500kV升壓站內(nèi)又形成一個接地點，此接地點與保護屏內(nèi)接地點存在電壓差，導致兩接地點之間及電流互感器二次回路構(gòu)成一電流回路，如圖3所示[8]。

圖3 電流回路兩點接地示意

主變高壓側(cè)流入保護裝置的電流實際是C相電流互感器二次電流與接地電流的合流，它使得主變高壓側(cè)C相電流失真，折算至主變低壓側(cè)后使主變差動保護的B相與C相都產(chǎn)生差流。當此差流增大至動作值時，主變差動保護動作。

7 結(jié)束語

在電流二次回路中，如果正好在繼電器電流線圈的兩側(cè)都有接地點，一方面兩接地點和地所構(gòu)成的并聯(lián)回路會短路電流線圈，使通過電流線圈的電流大為減少；另一方面，發(fā)生接地故障時，兩接地點間的工頻地電位差將在電流線圈中產(chǎn)生極大的額外電流。這兩種原因的綜合效果，將使通過繼電器線圈的電流與電流互感器二次通入的故障電流有極大差異，使繼電器的反應不正常。

通過分析此次主變差動保護誤動作的相關(guān)數(shù)據(jù)與跳閘波形，從源頭上弄清了故障原因，同時也深刻地詮釋了二次回路一點接地的重要性和必要性。繼電保護專業(yè)人員只有掌握保護原理并結(jié)合反措要求，細化檢查項目，才能確保保護動作的正確性和可靠性，避免此類事件再次發(fā)生。