電流互感器接地點(diǎn)原則及案例分析

內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司 杜喜來

主題詞: 電流互感器；繼電保護(hù)；測量儀表；二次回路接地

引言

為保證電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要對(duì)電力系統(tǒng)及其中各電力設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量，以便對(duì)其進(jìn)行必要的計(jì)量、監(jiān)控和保護(hù)。通常的測量和保護(hù)裝置不能直接接到高電壓、大電流的電力回路上，而需將這些高電平的電力參數(shù)按比例變換成低電平的參數(shù)或信號(hào)，以供給測量儀器、儀表、繼電器和其它類似電器使用，進(jìn)行這種變換的變壓器，通常稱為互感器。

電流互感器是將一次回路的大電流成正比的變換為二次小電流以供給測量儀表、繼電保護(hù)使用。

1 電流互感器接地原則

《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》繼電保護(hù)重點(diǎn)實(shí)施要求6.3.2規(guī)定：公用電流互感器二次繞組二次回路只允許、且必須在相關(guān)保護(hù)柜屏內(nèi)一點(diǎn)接地。獨(dú)立的、與其他電壓互感器和電流互感器的二次回路沒有電氣聯(lián)系的二次回路應(yīng)在開關(guān)場一點(diǎn)接地。

交流電流回路設(shè)置接地點(diǎn)是為了保證人身和設(shè)備的安全，但是如果接地點(diǎn)不正確，會(huì)造成繼電保護(hù)裝置不正確動(dòng)作，如電磁式保護(hù)時(shí)代，差動(dòng)保護(hù)的電流回路，只允許在保護(hù)盤上一點(diǎn)接地，不能在各自的端子箱接地，防止區(qū)外故障時(shí)，電流二次回路的分流導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。在3/2接線的廠站中，保護(hù)取合電流時(shí)，應(yīng)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(hù)盤，接地點(diǎn)選擇在端子箱一點(diǎn)接地。

目前我們使用的微機(jī)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)的組成及邏輯都是在裝置內(nèi)部，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(diǎn)應(yīng)選擇在就地端子箱接地。但是在3/2接線的廠站，如果兩個(gè)電流互感器取的是合電流，則應(yīng)該在取合電流之處一點(diǎn)接地，電流互感器二次回路如果出現(xiàn)多點(diǎn)接地，會(huì)因分流導(dǎo)致保護(hù)不正確動(dòng)作。

2 事件經(jīng)過

某電廠3號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)B屏主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作行為導(dǎo)致汽輪機(jī)打閘、發(fā)電機(jī)跳閘、發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘、滅磁開關(guān)跳閘，主變壓器跳閘，5031斷路器和5032斷路器跳閘，高壓廠用變壓器跳閘，廠用變壓器所帶負(fù)荷切換至啟備變運(yùn)行。

3 故障時(shí)數(shù)據(jù)記錄

主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后檢查發(fā)變組保護(hù)裝置各保護(hù)動(dòng)作信息如下：

發(fā)變組保護(hù)A屏RCS-985裝置只有500KV斷路器聯(lián)跳開入量保護(hù)動(dòng)作，無其他電氣量保護(hù)動(dòng)作。

發(fā)變組保護(hù)B屏DGT801裝置500KV斷路器聯(lián)跳動(dòng)作、主變B相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

機(jī)組故障錄波器記錄在發(fā)變組保護(hù)B屏主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作前，主變壓器高壓側(cè)三相電流均為300A，發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電流均為13000A，高廠變高壓側(cè)三相電流均為900A，在主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作前100毫秒內(nèi)主變差動(dòng)保護(hù)三側(cè)電流無任何突變。

4 保護(hù)動(dòng)作邏輯分析

4.1 保護(hù)動(dòng)作順序

發(fā)變組保護(hù)B屏主變差動(dòng)保護(hù)首先動(dòng)作，跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器、5031斷路器、5032斷路器，同時(shí)關(guān)閉主汽門。

由于5031斷路器、5032斷路器斷開，使500KV升壓站內(nèi)500KV斷路器聯(lián)跳保護(hù)動(dòng)作，送至機(jī)組使發(fā)變組保護(hù)A屏及B屏500KV聯(lián)跳保護(hù)都動(dòng)作。

4.2 檢查與判斷

檢查發(fā)變組保護(hù)C屏非電量保護(hù)動(dòng)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(bào)警均未發(fā)出，主變壓器各側(cè)電流、電壓正常無畸變，且主變差動(dòng)保護(hù)差流很小，判斷主變壓器運(yùn)行正常。

推斷出本次主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，是一起由于電流互感器二次回路原因?qū)е碌谋Ｗo(hù)誤動(dòng)作事件。

4.3 對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)一次電流進(jìn)行計(jì)算

主變壓器低壓側(cè)電流為13000A，高廠變高壓側(cè)電流為900A。依據(jù)變壓器接線方式計(jì)算主變正常運(yùn)行時(shí)高壓側(cè)的電流如下：

4.4 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理

變壓器差動(dòng)保護(hù)原理上不反應(yīng)外部短路，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備完好時(shí)，不管外部系統(tǒng)發(fā)生何種短路或擾動(dòng)，恒有

式中 Ij為被保護(hù)設(shè)備第j各端子的流入正向電流相量；m為被保護(hù)設(shè)備總端子數(shù)。

以常用的Y，dll接線的電力變壓器為例，它們兩側(cè)的電流之間就存在著30°的相位差。即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的大小相等，也會(huì)在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流Iunb。通常采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢⒆儔浩餍切谓泳€一側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，而將變壓器的三角側(cè)電流互感器的二次繞組接成星形，以便將電流互感器二次電流的相位校正過來。采用了這樣的相位補(bǔ)償后，Y，dll接線變壓器差動(dòng)保護(hù)的接線方式及其有關(guān)電流的相量圖如下。

圖中IAY、IBY和ICY分別表示變壓器星形側(cè)的三個(gè)線電流，和它們對(duì)應(yīng)的電流互感器二次電流為Iay、Iby和Icy。由于電流互感器的二次繞組為三角形接線，所以加入差動(dòng)臂的電流為：

它們分別超前于IAY、IBY和IcY相角為30°。在變壓器的三角形側(cè)，其三相線電流分別為IAd、IBd和ICd，相位分別超前IAY、IBY和ICY30°。因此該側(cè)電流互感器輸出電流Iad、Ibd和Icd與IAd、IBd和Icd同相位。所以流進(jìn)差動(dòng)臂的三個(gè)電流就是它們的二次電流Iad、Ibd和Icd。Iad、Ibd和Icd分別與高壓側(cè)加入差動(dòng)臂的電流Iar、Ibr和Icr同相，這就使Y，dll變壓器兩側(cè)電流的相位差得到了校正，從而有效地消除了因兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。

4.5 故障時(shí)保護(hù)B屏主變各側(cè)電流波形圖

對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)三側(cè)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析過程如下：

主變差動(dòng)保護(hù)定值：比率系數(shù)Kz0.5；差動(dòng)啟動(dòng)值Iq1.18A（以主變低壓側(cè)為基準(zhǔn)）；拐點(diǎn)Ig2.8A（歸算至主變低壓側(cè)）。

依據(jù)主變差動(dòng)保護(hù)錄波圖可知：

主變高壓側(cè)電流IA=0.197A∠0°

主變高壓側(cè)電流IB=0.198A∠-119.5°

主變高壓側(cè)電流IC=0.239A∠-193.5°

由此可以算出在主變高壓側(cè)C相疊加了一個(gè)電流Ic'，其大小為：

Ic'=0.177A∠-169.1°

△IB=（主變高壓側(cè)IB-主變高壓側(cè)IC）×平衡系數(shù)K+低壓側(cè)Ib+廠變低壓側(cè)Ib

其中主變低壓側(cè)Ib=2.609A∠-272.4°

主變低壓側(cè)Ic=2.606A∠-32.8°

高廠變高壓側(cè)電流Ib=0.181A∠-116.4°

高廠變高壓側(cè)電流Ic=0.180A∠-235.6°

平衡系數(shù)K經(jīng)計(jì)算可得K=6.561

計(jì)算主變差動(dòng)保護(hù)各相差流分別為：

△IB=1.547A∠54.5°

△IC=1.157A∠-129.2°

依據(jù)DGT801保護(hù)裝置邏輯，主變差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)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(dòng)電流等于主變低壓側(cè)電流，分別為：

IzB=2.609A

IzC=2.606A

主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程：

Id ＞ Iq Iz ＜ Ig (1)

Id ＞ Kz (Iz－Ig)+Iq Iz ＜ Ig (2)

動(dòng)作特性曲線如下：

由于制動(dòng)電流Iz ＜ 拐點(diǎn)電流Ig，故用方程（1），即差流Id大于差流啟動(dòng)值Iq 1.18A時(shí)，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。

依據(jù)計(jì)算結(jié)果：

△IA=0.208A∠-164.8°

△IB=1.547A∠54.5°

△IC=1.157A∠-129.2°

B相差流大于動(dòng)作值，其他兩相都小于動(dòng)作值，因此主變B相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，且是由于主變高壓側(cè)C相電流畸變引起。

5 原因查找

對(duì)DGT801裝置各通道進(jìn)行通流檢測。對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)三側(cè)加入正相序1A電流，裝置顯示電流數(shù)值、相位正確，對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)邏輯功能進(jìn)行校驗(yàn)，保護(hù)裝置邏輯功能正確，排除保護(hù)裝置采樣通道、邏輯故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作的可能。

對(duì)電流互感器二次回路進(jìn)行直阻、絕緣測試，發(fā)現(xiàn)500KV側(cè)5031斷路器電流互感器二次回路存在兩點(diǎn)接地現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)C相二次線在根部由于電纜老化，有破損接地情況。

6 原因分析

本次事件中變電站的接地網(wǎng)并非實(shí)際的等電位面，主變高壓側(cè)電流互感器二次回路接地點(diǎn)在保護(hù)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(gè)接地點(diǎn)，此接地點(diǎn)與保護(hù)屏內(nèi)接地點(diǎn)存在電壓差，導(dǎo)致兩接地點(diǎn)之間及電流互感器二次回路構(gòu)成一電流回路（如下圖所示）。

主變高壓側(cè)流入保護(hù)裝置的電流實(shí)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(dòng)保護(hù)的B相與C相都產(chǎn)生差流。當(dāng)此差流增大至動(dòng)作值后，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

7 結(jié)束語

此次對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的相關(guān)數(shù)據(jù)與跳閘波形的分析，從源頭上弄清了故障原因，同時(shí)也深刻地詮釋了二次回路一點(diǎn)接地的重要性和必要性。繼電保護(hù)專業(yè)人員只有掌握保護(hù)原理并結(jié)合反措要求，細(xì)化檢查項(xiàng)目，才能確保保護(hù)動(dòng)作的正確性和可靠性，避免此類事件再次發(fā)生。