电流互感器接地点原则及案例分析

杜喜来

(内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古 托克托 010216)

0 引言

在生产过程中，需要对系统中各一次设备的运行状况进行监测，以保证电力系统的安全运行，通常方式是将一次回路的大电流正比变换为二次小电流，供给测量仪表、继电保护和自动装置使用，这就是电流互感器的作用[1]。

1 电流互感器接地原则

《国家电网十八项重大反事故措施》中第6.3.2条规定：作为公用的电流互感器二次绕组二次回路，只允许且必须在保护屏内一点接地。独立的、与其他电流互感器的二次回路没有电气联系的二次回路接地点应选择在开关场内就近一点接地[2]。

交流电流回路设置接地点的目的是保证人身和设备的安全，但如果接地点选择不正确，会造成继电保护装置不正确动作。在电磁式保护时代，差动保护的电流回路，只允许在保护盘上一点接地，不能在各自的端子箱接地，防止区外故障时电流二次回路的分流导致保护误动。在3/2接线的厂站中，保护取合电流时，则在就地端子箱将两组电流互感器合在一起再经电缆送至保护盘，选择在端子箱一点接地[3]。

目前的微机保护，特别是差动保护的组成及逻辑都是在装置内部实现，装置所接入的各侧电流回路都没有直接电的联系，因此，各侧的电流互感器二次接地点应选择在就地端子箱接地。本文针对一起由于电流互感器二次回路出现多点接地，因分流导致保护不正确动作事件进行分析，强调二次回路一点接地的重要性[4]。

2 事件经过

某电厂#3机组发电机变压器组(以下简称发变组)保护B屏主变压器(以下简称主变)差动保护动作，导致汽轮机打闸、发电机跳闸、发电机出口断路器跳闸、灭磁开关跳闸、主变跳闸、5031断路器和5032断路器跳闸、高压厂用变压器(以下简称高厂变)跳闸，厂用变压器所带负荷切换至启备变运行。

3 故障时数据记录

主变差动保护动作后检查发变组保护装置各保护动作信息如下。

发变组保护A屏RCS-985装置只有500 kV断路器联跳开入量保护动作，无其他电气量保护动作。

发变组保护B屏DGT801装置500 kV断路器联跳动作、主变B相差动保护动作。

机组故障录波器记录：主变高压侧三相电流、发电机机端三相电流、高厂变高压侧三相电流，在发变组保护B屏主变差动保护动作前100 ms内无任何突变。

4 保护动作逻辑分析

4.1 保护动作顺序

(1)发变组保护B屏主变差动保护首先动作，跳开发电机出口断路器、5031断路器、5032断路器，同时关闭主汽阀。

(2)由于5031断路器、5032断路器断开，使500 kV升压站内500 kV断路器联跳保护动作，送至机组使发变组保护A屏及B屏500 kV联跳保护都动作。

4.2 发变组保护C屏非电量保护动作情况

主变重瓦斯、主变轻瓦斯、压力释放、绕组超温等异常报警均未发出，主变各侧电流、电压正常无畸变，且主变差动保护差流很小，判断主变运行正常。

推断此次主变差动保护动作，是一起由于电流互感器二次回路原因导致的保护误动作事件。

4.3 变压器差动保护原理

变压器差动保护不反应外部短路故障，当被保护一次设备完好时，不管外部系统发生何种短路故障，总有流入保护装置正向电流矢量和为零；变压器差动保护只反应变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线单相接地短路及绕组匝间短路故障，是变压器的主保护[5]。

变压器为Ydll接线方式，高低两侧电流间有30°的相位差，会在差动回路中产生一个不平衡电流。为了消除这个不平衡电流，将变压器高压侧星形二次绕组接成三角形，将低压侧三角侧二次绕组接成星形，可以将电流互感器二次电流的相位校正过来。电流相量图如图1所示[6]。

图1 变压器差动保护接线及相量图

图中，IAY，IBY，ICY为变压器星形侧的3个线电流，对应的二次电流为IaY，IbY，IcY，所以流入差动回路电流为：Iar=IaY-IbY，Ibr=IbY-IcY，Icr=IcY-IaY，分别超前于IAY，IBY和ICY的相角为30°。在变压器的三角形侧，三相线电流分别为IAd，IBd，ICd，分别超前于IAY，IBY和ICY的相角为30°。该侧电流互感器输出电流Iad，Ibd，Icd与IAd，IBd，ICd同相位，流进差动回路的3个电流就是它们的二次电流Iad，Ibd和Icd。

4.4 主变差动保护三侧电流分析

主变差动保护定值：比率系数Kz，0.5；差动电流启动值Iq，1.18 A(以主变低压侧为基准)；拐点电流Ig，2.8 A(归算至主变低压侧)。

保护动作时主变高压侧电流为：IA，0.197 A∠0°；IB，0.198 A∠-119.5°；IC，0.239 A∠-193.5°。由此可以算出，在主变高压侧C相叠加了一个电流IC′，其大小为0.177 A∠-169.1°。

主变低压侧电流为：Ia，2.607 A∠-152.6°；Ib，2.609 A∠-272.4°；Ic，2.606 A∠-32.8°。高厂变高压侧电流为：Iga，0.181 A∠4.3°；Igb，0.181 A∠-116.4°；Igc，0.180 A∠-235.6°。

依据DGT801保护装置逻辑，主变差动保护制动电流Iz为主变高压侧、主变低压侧、高厂变高压侧中电流最大者，因此，各相制动电流等于主变低压侧电流，分别为IzB=2.609 A，IzC=2.606 A。

主变差动保护动作方程：

Id>Iq，Iz

(1)

Id>Kz(Iz-Ig)+Iq，Iz>Ig。

(2)

动作特性曲线如图2所示。

图2 动作特性曲线

由于制动电流Iz<拐点电流Ig，故用方程(1)，即差流Id大于差动电流启动值Iq时，保护就会动作。

主变差动保护各相差流为

ΔIA=(IA-IB)K+Ia+Iga，

ΔIB=(IB-IC)K+Ib+Igb，

ΔIC=(IC-IA)K+Ic+Igc。

经计算可得平衡系数K=6.561，主变差动保护各相差流ΔIA=0.208 A∠-164.8°，ΔIB=1.547 A∠54.5°，ΔIC=1.157 A∠-129.2°。B相差流大于动作值，其他两相都小于动作值，因此，主变B相差动保护动作是主变高压侧C相电流畸变引起的。

5 原因查找

发变组保护B屏DGT801装置采集到主变高压侧C相存在一个0.056 A左右的二次电流，而此时#3主变处于停电状态，对应的电流互感器一次侧并无运行电流，通过检查保护装置、二次回路，来寻找产生此电流的原因[7]。

对DGT801装置各通道进行通流检测。对主变差动保护三侧加入正相序1 A电流，装置显示电流数值、相位正确；对主变差动保护逻辑功能进行校验，保护装置逻辑正确，排除保护装置采样通道、逻辑故障导致保护误动作的可能。

对电流互感器二次回路进行直阻、绝缘测试，三相直阻平衡且阻值符合规程要求；对电流互感器二次回路进行绝缘测试时，发现500 kV侧5031断路器电流互感器二次回路存在两点接地现象，发现C相二次线根部电缆老化，有破损接地情况。

6 原因分析

此次事件中变电站的接地网并非实际的等电位面，主变高压侧电流互感器二次回路接地点在保护屏内，但由于C相电流互感器根部电缆破损接地，使其在500kV升压站内又形成一个接地点，此接地点与保护屏内接地点存在电压差，导致两接地点之间及电流互感器二次回路构成一电流回路，如图3所示[8]。

图3 电流回路两点接地示意

主变高压侧流入保护装置的电流实际是C相电流互感器二次电流与接地电流的合流，它使得主变高压侧C相电流失真，折算至主变低压侧后使主变差动保护的B相与C相都产生差流。当此差流增大至动作值时，主变差动保护动作。

7 结束语

在电流二次回路中，如果正好在继电器电流线圈的两侧都有接地点，一方面两接地点和地所构成的并联回路会短路电流线圈，使通过电流线圈的电流大为减少；另一方面，发生接地故障时，两接地点间的工频地电位差将在电流线圈中产生极大的额外电流。这两种原因的综合效果，将使通过继电器线圈的电流与电流互感器二次通入的故障电流有极大差异，使继电器的反应不正常。

通过分析此次主变差动保护误动作的相关数据与跳闸波形，从源头上弄清了故障原因，同时也深刻地诠释了二次回路一点接地的重要性和必要性。继电保护专业人员只有掌握保护原理并结合反措要求，细化检查项目，才能确保保护动作的正确性和可靠性，避免此类事件再次发生。