一起主变零序CT开路引发的公用变比率差动保护误动分析

张学峰

(华能铜川照金电厂，陕西 铜川 727100)

0 引言

零序电流互感器(CT)在电气一次系统正常运行或对称故障时，仅有可以与保护装置零点漂移相近的二次电流，与端子接触不良等原因导致存在断点的情况难以明显区分，若在日常巡检、检修维护中未能及时发现开路点，一旦发生不对称故障，极小的一次电流即可使铁芯的磁通密度由数十mT剧增到1.0 T以上，产生高达数千伏的高电压，从而对保护装置采样产生不利影响，给保护动作分析造成困难。本文分析一起因主变压器(以下简称主变)零序CT开路导致公用变压器(以下简称公用变)比率差动保护误动的事故，并提出针对性防范措施。

1 事件简述

某电厂#1发电机变压器组(以下简称发变组)系统采用单元接线，接入330 kV I母线，母线采用双母线接线方式，主变中性点直接接地运行，发电机机端引接设置1台厂用高压变压器(以下简称厂高变)，1台高压公用变压器(以下简称高公变)(联结组标号 D,yn1)，厂高变、高公变低压分支中性点经40 Ω电阻接地，其中发变组保护单元配置2套微机型保护装置RCS-985B，每套保护系统有独立的输入CT、电压互感器(PT)和跳闸继电器，实现了保护配置的双重化。

2017-11-25 T 13:44，某电厂330 kV出线对侧变电站某II线线路A相瞬时接地故障，重合成功。电厂侧发变组保护B柜保护装置RCS-985B公用变比率差动保护动作出口，#1机组跳闸。发变组保护A柜保护装置RCS-985B无任何保护启动。

2 保护动作分析

2.1 保护装置动作逻辑分析

跳闸后调取了保护B柜RCS-985装置动作报告及波形记录，发现保护启动30 ms后，高公变比率差动保护动作出口，跳闸时高公变高压侧电流A相、B相、C相分别是0.68，0.66，0.30 A,低压侧电流A相、B相、C相分别为0.59，0.95，4.69 A，A相、B相、C相差流分别为0Ie,0.64Ie,0.65Ie(Ie为额定电流)。

高公变差动保护采用变斜率比率差动特性[1]如图1所示，动作方程为

Kb1=Kb11+Kb1r(Ir/Ie) ,

Kb1r=(Kb12-Kb11)/(2n) ,

b=(Kb11+Kb1rn)nIe,

根据上述动作方程计算，跳闸时B相、C相制动电流和对应的计算动作电流的标幺值分别为

图1 变斜率比率差动保护的动作特性(n=6)

/2=0.20 ，

Id(b)=Kb1Ir+0.5=0.11×

0.2+0.5=0.522 ，

Id(c)=Kb1Ir+0.5=0.12×

0.43+0.5=0.552 ，

而实际B相、C相差流分别达到0.68Ie，0.65Ie，均达到动作值，比率差动保护动作出口。

2.2 保护动作后检查过程

从保护装置故障波形看，保护跳闸时高公变低压侧分支C相二次电流异常增大到4.69 A，折算到一次侧，电流高达3 752 A，不符合此种运行方式下单相接地的电气特征。事故后从机组录波器录波图可知，跳闸时C相二次电流实际值为0.53 A，初步判断为保护装置采样异常。为查找具体原因，对外部二次电缆进行了绝缘测试，对地、相间电阻均大于50 MΩ,未发现异常，保护装置采样及功能校验也均正常，这就给进一步分析带来了困难。

但从机组故障录波图可以看出，当区外A相瞬时接地故障时，主变中性点零序二次电压最高达17.5 V,而主变中性点零序二次电流却一直为0 A，与主变中性点直接接地运行方式特征不匹配，怀疑存在CT开路的可能。经进一步检查确认，发现开路点在故障录波器柜的电流端子上，经折算，区外接地故障时，主变零序二次电流最高为1.42 A，不考虑磁通饱和的情况下，近似计算二次开路电压最高达2 300 V以上(实测二次电流在0.50 A，对应的开路电压在800 V左右)，在交流高压下绝缘最薄弱的插头底座处，发生了击穿、闪络(如图2所示)，造成零序高压窜入相邻的公用变低压侧CT电流回路，干扰了保护装置的采样，造成公用变比率差动保护误动。将主变中性点零序电流合成波形与公用变低压侧C相电流波形图进行对比(如图3所示，高公变分支C相电流用An985故障录波分析软件导出；合成波形用相关软件合成，时间轴相差30 ms左右)，可见变化趋势几乎一样，进一步验证了推断。

图2 毗邻的两组CT发生击穿、闪络

从以上分析可知，当外部电缆或相邻二次回路窜入交流高压导致的采样异常，有着明显的正弦波形特征，与保护装置内部中央处理单元(CPU)逻辑错误或元件老化导致的采样异常有明显区别，这也给此类不明原因的故障查找提供了方向。

图3 高公变低压侧分支C相电流与主变中性点零序电流波形对比

3 防范措施及建议

(1)微机保护装置交流插件底座CT，PT端子绝缘防护套应将接线鼻子完全包含，尽量减少导体裸露，提高相邻端子击穿闪络电压，并建议采取高绝缘防护套。

(2)交流回路中试验接线端子的结构和质量存在隐患，在运行中有可能发生螺杆与铜板螺孔接触不良而导致开路[2]，因此，建议日常巡检、机组首次启动后或定期用电流表对CT，PT中性线上的电流进行测试比对，若发现其大于50 mA，可能存在多点接地的情况，若发现其小于10 mA，应结合经验判断出是零漂还是回路存在断点，确认回路的完整性，防止运行中保护拒动或误动。

(3)运行环境较恶劣的室外端子箱、就地控制柜等，应定期检查测试安装在内的CT，PT端子的直阻，发现电阻过大或存在断裂、氧化、腐蚀等现象应立即处理，防止因接线盒受潮、端子螺丝和垫片腐蚀严重导致接触不可靠而发生开路或短路现象。

(4)一旦运行中发生CT开路，处理时要尽量转移或减少一次负荷电流，尽可能降低二次回路的感应电压，然后尽快在就近的试验端子上用良好的短接线按图纸将CT二次短路。若短接时发现有火花，那么短接应该是有效的，故障点应该就在短接点以下的回路中；若短接时没有火花，则可能短接无效，故障点可能在短接点以前的回路中，可逐点向前变换短接点，缩小范围检查。