电流互感器两点接地引起的线路纵差保护动作分析

刘慧斌 苗 茂

一直以来，针对两点接地，电气工程及继电保护类教科书常见的说法是：两点之间会因存在电位差引起保护误动。然而既不说明哪来的电位差，又不说明电位差是如何引起保护误动的，欠缺分析和佐证的实例。运行中的继电保护装置电流回路不能两点接地，电气技术人员对此有足够的认知度。但进一步深究为什么，甚至继续追问，停运的装置能不能两点接地？能回答的人可能就不多了，部分原因是这类故障确实很少见[1]，技术人员鲜有深入研究分析。本文结合万家寨引黄工程某泵站110kV组合电器（GIS）检修试验时，将电流互感器二次侧接线端子全部短接（封闭）并接地，该操作确保了现场试验的安全，却未注意到与远处继保装置的接地点共同构成了两点接地，为电流串入保护装置引起误动提供了条件。

1 概述

1.1 保护配置

系统接线如图1所示，A、B为引黄两座泵站，C为电网公司变电站，110kV系统通过两回线路用两个“T”接方式向两座泵站供电[2]。该三端线路配置光纤分相电流差动保护作为主保护，每回线路的每一个端配置双重保护装置，实现冗余。保护装置为法国ALSTOM MICOM P540系列光纤电流纵差保护装置。

1.2 运行方式

110kV的 I、Ⅱ回线路运行。对 A泵站Ⅱ段母线进行检修，进线断路器156处于检修状态。Ⅰ段母线运行。母联断路器150处于检修状态，母联隔离开关150A、150B断开，接地刀闸150A0、150B0合闸。泵站B双回供电运行。

图1 系统接线

1.3 工作内容

引黄A泵站对2段进线GIS设备大修，收尾阶段高压试验。试验过程中为防止电流互感器二次测开路、悬空状态对设备本身造成损害[3]，技术人员将GIS设备上的电流互感器二次侧端子全部短接并接地，试验过程中并未出现异常。

1.4 误动情况

为保证高压试验覆盖被修设备的全部区域，试验人员计划在150和150A断开的情况下，将150B合闸。运行人员对在各断路器进行操作前，已将电气防护装置解锁，因150B的按钮与150A按钮位于同一面版，操作失误，在150A0闭合状态下合150A，导致1段母线三相接地短路，全站失电。更严重的是，因1回供电线路上的P543与B泵站、C变电站P543装置构成一个差动保护整体，A泵站的 P543电流回路串入电流，导致B泵站、C变电站1回线路保护差动动作、同时跳闸，扩大了停电范围。加之2回供电线路上出现三相短路，A、B泵站全站停电。

2 原理分析

对于每一回线路，三站三端P543装置共同组成一个线路保护差动回路。A泵站和B泵站测得的线路电流之和应等于C变电站测得的线路电流。如果其中一端有干扰性电流流入或流出，三端之和就不再为零，该值超过定值后，保护动作，跳开出进线断路器。电流互感器两端接地，正为串入电流提供了一个完整回路[4]。

2.1 电位差产生的原因

接地点电位差产生示意图如图2所示。接地网电阻值很小，但仍非理想导体。当接地网上出现很小的电流时，因电阻值较小，接地网任何两点间的电压值Ve很小，这个Ve值往往不足以在地上部分不同接地点间引起干扰电流。但只要接地网中流过大电流，比如雷电流直接流入，以及上文中说到的110kV三相接地短路，均会使不同的接地点间产生一定的压差[5]。这个压差Ve的大小与两接地点间的电阻，即距离呈正比例关系。两接地点越远，Ve就越大；两接地点越近，Ve就越小[6]。A泵站的实际情况是，其中一点位于GIS组合电器上，另一点位于另一柜建筑继保室线路保护盘内，直线距离约为100m。

图2 接地点电位差产生示意图

2.2 地网电阻和装置输入阻抗的分流作用

根据对GIS电流互感器二次侧的处理方法，可以建立一个简单的电路模型，如图 3所示[7]。电源即Ve，为两接地点间的电压差。电阻Rl为两接地间电流互感器二次侧导线的电阻，电抗 La、Lb、Lc为P543差动回路输入阻抗。通过简单的电路分析即可判断La、Lb、Lc中会有电流流过，且应当大小相等、波形相同。经计算100m电流回路导线电阻Rl约为10.5Ω，不可忽略，La、Lb、Lc三支路的电流即串入保护装置的电流值。

图3 两接地点存在压差时的等效电路

3 实验验证

3.1 保护装置实测电流

图4为串入P543保护装置电流回路的三相电流值，该三相电流大小相等，波形一致，与上述图 3所示模型判断吻合。串入电流值为图示值除以800，约5.8A。图5为测得的短路电流值，换算到一次侧，产生了单相约6400A的瞬时短路电流。在断路器B相触头和C相触头先接通而A相触头尚未接通的近两个周波内，三相短路电流不平衡，流入大地，约6400A。在约40ms的时间内，B、C两相短路，短路电流达6400A，地网中流过约6400A的电流，使互感器两接地点间产生了一个不可忽略的电位差，在该电势作用下，电流回路内产生约5.8A的误动电流，随后因开关A触头闭合，三相短路电流基本平衡，不再向大地注入电流。

图4 串入保护装置的电流值（变比换算后的一次侧值）

图5 三相短路电流值（换算前的电流值变比800∶1）

3.2 保护装置动作判据

P543线路分相差动保护定值为 0.2，实际串入电流为每相5.8A。B泵站与C变电站的P543装置必然快速动作断开C变电站1回出线断路器和B泵站的1回进线断路器。事实上，最初的三相短路接地事故并不直接影响1回线路的供电，B泵站理应能够在1回线路上维持稳定的用电，而就是因为两点接地使地网电流串入保护装置，误动之虞即停电范围扩大。

4 结论

通过上述分析，该事故的全部拼图已完整。可以清晰地看到，当A泵站2回线路上的短路瞬间，在两个周期内产生与单相短路电流相当的不平衡电流，约为 6400A，流入大地。地网不同位置之间因地网电阻的存在而产生电位差。该电位差作用于 1回线路保护装置的两接地点，产生电流，1回线路的三端保护装置共享该电流信息，认为满足差动判据，发出跳闸指令。

互感器两点接地造成停电事故相对较少发生，而起因于一个已经停了电系统中的误动电流，使同一回线路上的别的保护装置动作，这样的事故或更少见。上述内容为广大电力系统继电保护人员提供了一个鲜活的例子，帮助深入认识两点接地潜在的隐患，检修工作中能建立起一种在懂原理基础上的高阶防范意识，对减少人为事故具有较大的价值。

[1] 邱涛, 王攀峰, 张克元, 等. 一起二次回路两点接地引起母线保护误动的事故分析[J]. 电力系统保护与控制, 2008, 36(24)： 110-112.

[2] 李瑞生, 贺要锋, 樊占峰, 等. T型输电线路三端差动保护工程应用实践[J]. 电力系统保护与控制,2010, 38(6)： 119-121, 125.

[3] 尹伊. 电流二次回路两点接地引起继电保护误动分析与防范措施[J]. 通信世界, 2015(05上)： 233-234.

[4] 李前进, 石文国, 姚亮. 高压电网T型线路保护配置方案探讨[J]. 科技创新导报, 2009(1)： 106-107.

[5] 苏治, 韩广瑞, 潘向华, 等. 接地故障电流入侵差动保护导致其误动作的实例分析[J]. 电力系统保护与控制, 2014(20)： 135-139.

[6] 王耕. 地电位变化与电子设备的接地研究[J]. 电子产品可靠性与环境试验, 2011, 29(2)： 7-12.

[7] 崔亚琼. 单侧电源供电线路光纤纵联差动保护[J].河北水利, 2015(5)： 18, 24.