电流二次回路两点接地引起母差保护误动事故分析及预防措施

翟保豫 马 涛 李开鑫



电流二次回路两点接地引起母差保护误动事故分析及预防措施

翟保豫 马 涛 李开鑫

（国网新疆电力公司电力科学研究院，乌鲁木齐 830011）

电力系统中，为了防止电流互感器二次回路过电压，二次回路必须一点接地，但是由于二次回路绝缘破坏、安装工艺存在缺陷或者其他人为原因造成互感器二次回路多点接地，引起继电保护装置误报警甚至误动作造成停电事故，本文结合一例电流互感器二次回路两点接地引起的母线差动保护误动的事故，分析事故原因，提出了针对电流互感器两点接地的防范措施。

二次回路；两点接地；保护误动；预防措施

电流互感器为了防止将高压引入二次回路，二次回路必须安全接地；同时电流互感器的二次回路应有且只能有一个接地点，有几组电流互感器绕组组合且有电路直接联系的回路，电流互感器二次回路应在和电流处一点接地，这是因为变电站的接地网并非理想的等电位面，电流互感器二次回路不同的接地点会出现电位差，有时电流回路会出现不应该有的分流，引起保护装置报警，也可能会引入一个很大的额外电流，造成继电保护误动作。在继电保护动作情况分析中，电流回路两点接地是引起继电保护装置不正确动作的原因之一，本文分析一次因电流二次回路两点接地引起的110kV母线差动保护误动事故的原因，并提出一定的防范措施。

1 事故概况

某220kV变电站220kV电压等级的主接线方式是双母线接线，110kV电压等级的接线方式为双母线接线，220kV母线和110kV母线通过两台主变压器分别连接，正常运行方式是母线并列运行，事故前110kV母线运行方式如图1所示，母联合位，支路3、支路4、支路10运行于Ⅰ母，支路2、支路6、支路7运行于Ⅱ母，2016年9月某日16时该变电站110kV母线差动保护起动，Ⅱ母差动作，选相B相，大差差动电流CD=3.578A，Ⅱ母差流CD2= 3.578A，母线保护装置跳开110kV母联及运行于Ⅱ母的所有设备，110kV Ⅱ母母线失压停电。

图1 事故前母线运行方式

2 保护动作情况分析

事故发生后，调取母线保护装置录波如图2所示。

图2 母线保护装置录波信息

母线保护动作信息见表1。

表1 母线保护动作故障信息

母线保护定值见表2。

表2 母线保护定值

母线差动保护动作曲线如图3所示。

图3 母线差动保护动作曲线

保护装置动作方程

（2）

其中

上述式中，d为差动电流；f为制动电流；0为差动电流定值；为比率制动系数；为各支路电流。

根据录波图和母线差动保护动作曲线可知，本次事故B相差动电流为4.45A，制动电流为3.00A，在动作区，B相差动保护动作。但根据录波装置提供以下信息与母线保护范围内B相发生故障特征不符：

1）B相电压没有明显下降，但A相电压降低至为48.95V，零序电压为30.83V。

2）母线支流电流变化情况是只有支路2电流B相由正常值的0.07A突变至3.99A，其他各支路B相电流变化不大，支路2线路保护装置和专用录波装置显示支路2电流B相电流没有突变，但支路2电流A相有突变、其他相及其他支路电流突变不明显。

3）支路2线路保护装置和专用录波装置显示各运行支路A相电流都有突变，支路2电流a2=2.19A，支路4电流a4=1.48A，支路7电流a7=0.71A（支路1为母联支路，在分析母线区内外故障时，不考虑此支路电流影响），支路2电流与支路4、支路7电流相位相反且满足a2=a4+a7，A相差动电流为0.01A，制动电流为3.00A，A相差动在制动区。

4）#1主变压器、#2主变压器零序电流相位与A相电流相位一致，流向110kV母线。

5）开关量信息“A相Ⅰ母区外故障”、“A相Ⅱ母区外故障”、“B相Ⅱ母区内故障”。

综合以上5条信息推断：①A相发生穿越性单相接地故障，造成母线电压降低，满足母线保护装置复合电压闭锁开放；②母线保护范围内B相可能未发生一次设备故障，支路2的B相接至母差装置的二次电流回路故障，回路电流增大，在复合电压闭锁开放的条件下，造成母线区外故障母线保护装置误动事故。

3 事故原因分析

根据一次设备现场巡视发现，支路2线路架空线路有瞬时性故障，支路2电流互感器B相二次电缆护管和电流互感器本体接线盒连接脱焊，二次电缆受力，绝缘破损，如图4所示，导致二次电流回路两点接地，母线差动保护误动，导致停电范围扩大。

图4 电流互感器电缆护管脱焊引起电缆破损图

结合一次设备故障点的发现和保护动作情况进一步分析：①在系统负荷较大时，二次回路电流较大，二次地网的电阻较电流二次回路的电阻值在一个数量级上，部分负荷电流从两个接地点的二次地网中分流一个2。如图5所示，使基于差动原理构成的保护产生差流，继电保护装置差流越线报警，但是在本次事故前，系统正常运行时，因为一次设备负荷较小，B相电流很小，2的分流作用不明显，母线差动保护不能有效监测出不平衡电流，保护装置没有前提报警，未将事故消除在保护装置的异常运行状态；②变电站的接地网（二次等电位网）并不是一个理想的等电位面。不同的接地点之间有电位差，当一次设备发生单相接地故障时，电力系统会出现很大的零序电流，在接地网上感应电压，使接地网电位差进一步增大，如图5所示，1和2的差值增大，电流互感器的二次回路电阻很小，1=（1-2）/突然变大，将在二次回路中产生一个很大的电流，保护装置感受到的差流大于差动定值，同时在母线区外发生A相接地故障，母线电压降低，零序电压闭锁开放，满足母线差动保护动作条件，母线差动保护误动；③支路2线路保护没有动作，因为支路2对侧变电站没有电源，是线变组接线方式，线路保护装置未配备全线速动的纵联保护，此次故障时高阻接地故障，躲过了接地距离I段定值，线路保护装置只是起动，未能出口。此次故障是一起典型的电流二次回路多点接地引起的继电保护误动事故，无论母线保护区内故障还是区外故障，都不能避免取自两点接地回路电流的保护误动作问题，避免此类故障发生的方法只有防止电流二次回路两点接地。

图5 电流二次回路两点接地示意图

4 预防措施

电流二次回路两点接地是本次事故扩大停电范围的根本原因，预防电流互感器二次回路多点接地对预防继电保护误动有重要意义，为此提出以下几条措施。

1）提高对CT二次回路的验收、检验质量，严格规范施工工艺，将事故隐患消除在设备投运前，杜绝设备带缺陷运行。

2）实时监控保护装置发出的各种保护报警信号，特别是系统带大负荷运行时，分析信号出现的原因。

3）做好差动保护装置的差流记录，结合历史记录及时发现差动电流变化原因，消除隐患。

4）结合一次设备停电检修，全面检查电流互感器二次回路的绝缘是否满足要求，同时利用通流试验检查二次回路有无异常。

[1] 国家电力调度通信中心. 电力系统继电保护实用技术问答[M]. 北京: 中国电力出版社, 2008.

[2] 朱声石. 高压电网继电保护原理与技术[M]. 3版. 北京: 中国电力出版社, 2008.

[3] 国家能源局. 防止电力生产事故的二十五项重点要求[Z]. 2014

[4] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 继电保护和电网安全自动装置检验规程[Z]. 2006

[5] 国家能源局. 火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程[Z]. 2012.

Fault Analysis and Prevention Measures of Busbar Differential Protection Malfunction Caused by Two Grounding Points on Secondary Circuit of Current Transformer

Zhai Baoyu Ma Tao Li Kaixin

(State Grid Xinjiang Electric Power Research Institute, Urumqi 830011)

In the power system, in order to prevent the secondary circuit of the current transformer from over-voltage, the secondary circuit must be grounded at one point. However, due to the secondary circuit insulation failure, the installation process is defective or other man-made causes the secondary circuit multi-point grounding, will cause relay protection Device false alarm or even relay protection malfunction accident. In this paper, a case of busbar differential protection malfunction caused by two grounding points on secondary circuit of Current transformer, analysis of the cause of the accident, put forward two-point grounding for the current transformer preventive measures.

secondary circuit; two-point grounding; protection malfunction; preventive measures

翟保豫（1989-），男，河南省西平县人，本科，工程师，主要研究方向电网继电保护及自动化专业。