变电站测控系统开关异常动作分析与对策

沙澎

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063000）

前言

剩余电流保护器(RCD)作为有效防止人身触电的附加防护措施，已被广泛应用于社会生产生活当中。RCD 在弥补低压电网及电气设备直接接触防护、间接接触防护等防触电措施不足的同时，由于剩余电流动作保护器对接线正确性要求较高，在安装过程中接线不规范导致其误动作跳闸影响系统正常供电的事件屡屡发生，且故障查找较为困难。结合变电站测量系统交流电源异常动作的事故案例，从开关选型、系统架构、负荷统计分析、保护功能及动作原理等多角度分析变电站测控系统的剩余电流动作保护器的异常动作产生原因，并提出改进措施和工程实用性建议。

1 改造背景及故障现象

某变电站内的3 台变压器端子箱内的380 V 开关为闸刀开关，为了防止电气设备在运行故障时发生人员间接接触伤害以及防止因电气设备或电缆持续接地故障电流引起的火灾。将变压器室内的低压380 V闸刀开关升级改造为剩余电流保护器。

升级的剩余电流动作保护器4 月份投入运行后，在冬季连续发生了2 次3 台变压器剩余电流保护开关同时动作,1 次2 台变压器剩余电流保护开关同时动作。发生跳闸后对开关进行了试送电，均试送成功。

2 系统正常泄漏电流及RCD的选用分析

该变电站380 V 低压配电系统为TN-S 系统（如图1），该系统为电源侧变压器中性点直接接地，工作零线和接地线是分开的，N 线为工作零线，PE 线为接地线，即设备外壳连接到PE线。

此开关所带的负荷有：220 kV 中性点电机、110 kV 中性点电机、有载调压开关电机、免维护呼吸器、变压器低压侧刀闸控制箱等多种设备。

图1 TN-S接线系统

泄漏电流的计算公式：

额定剩余动作电流值＞2×设备泄漏电流值

中性点电机功率为0.6 kW×2，有载开关电机功率为0.75 kW，变压器低压侧刀闸控制箱电机功率为0.55 kW，依据电动机泄漏电流参考值，电机1.5 kW 以内电机的泄漏电流约为0.15 mA。电缆使用4 mm²，总长约为100 m，依据电线泄漏电流参考值约为5.2 mA。计算总设备泄漏电流为5.8 mA。

系统配电方式为三相五线制，因此选用三极四线（3P+N）式剩余保护电流为300 mA 的剩余电流动作保护器，符合GB/T16895.4-1997标准要求。根据《低压配电设计规范》GB50054 第5.2.9 条规定，TN系统中配电线路的间接接触防护电器切断故障回路的时间，配电线路或仅供给固定式电气设备用电技术的末端线路，不宜大于5 s，因此本次改造使用动作时间为0.1 s的剩余电流动作保护器。

3 负荷统计及周期持续率分析

变压器端子箱内所带的低压负荷有：220 kV 中性点、110 kV 中性点、有载调压开关、免维护呼吸器、变压器低压侧刀闸控制箱等装置，见表1。

正常运行时三相电动机不产生不平衡电流，220 kV、110 kV 中性点、变压器低压侧刀闸操作电机正常运行不会造成剩余电流保护器动作。

有载调压开关在升级为剩余电流保护器后没有操作，加热器长期加热运行，功率为50 W，额定电流达不到300 mA，因此有载调压开关同样不会造成剩余电流保护器误动作。

表1 负荷统计表

免维护呼吸器最大加热功率为70 W，且常年运行，周期稳定，约30 天加热一次。剩余电流保护器在冬季才发生跳闸故障，因此排除免维护呼吸器影响。

3 台变压器的低压侧刀闸控制箱同在一个通廊区域内，当通廊区环境条件达到控制箱内加热板启动条件后，环境温度低于5 ℃或湿度高于80%时加热启动，功率为1 kW。各项指标均符合剩余电流保护器动作条件。

4 原理及应用合理性分析

设备正常运行情况下未有漏电情况，剩余电流保护器不应启动。根据剩余电流保护器常见故障分析，检查开关以下回路后发现出现零线分流情况，如图2所示。

图2 主变端子箱接线错误

变压器低压侧刀闸控制箱内加热器额定电压为220 V，功率为1 kW，当呼吸器加热启动时电流约为4.5 A，由于剩余电流动作保护器下的工作零线与备用电源零线连接在一起，形成分流，使得保护器内出现约2.25 A 剩余电流，超过额定值300 mA，造成剩余电流保护器误动作。

5 模拟仿真分析与再现

为进一步检验综合理论分析的正确性，针对故障现象结合原因分析，模拟再现故障发生时的生产环境、设备系统运行状态和激发因素，开展模拟仿真试验。

将1#主变测控电源投入，检验所带负荷均投入运行，检测相线负荷电流A相为0.2 A,B相为零，C相为零，N 线电流为0.12 A,三相不平衡电流约100 mA,运行正常。第一步，手动投入免维护呼吸器加热功能，测量负荷电流A 相0.2 A,B 相0.25 A,C 相为0，N 线电流约0.22 A,增量与分析相符，开关未动作；第二步，退出免维护呼吸器加热功能，手动投入控制箱加热器，开关瞬间跳闸，试验现象与分析相符；第三步，将备用电源N线拆除，重复第二步操作，开关未动作，进一步验证了分析的正确性，见表2。

表2 模拟仿真试验数据

同样的试验在2#主变、3#主变测控系统得到了同样的试验结果。

通过模拟仿真充分验证了分析的正确，找到了问题的根本原因。将备用电源N线永久性从N母排上拆除，运行至今未发生跳闸。

6 改进措施与建议

根据以上故障分析及原理验证，针对剩余电流保护器的使用和接线提出以下实施性建议：

（1）TN-C 接线方式，即三相四线制接线方式下，使用剩余电流保护器时，须在其输入端子上方将N 线引出并接到用电设备的金属外壳上，以保证防触电功能有效。

（2）各分配电回路中应用剩余电流保护器时，要选择30 mA 以上的保护电器，以实现与末端回路有效的级差配合效果。

（3）中间配电环节应用三相四线型剩余电流保护器时，要保证接入保护电器的N 线接线正确且回路唯一。

（4）分配电箱内存在两个及以上电源回路时，进线开关不建议使用漏电保护器，如需使用须将柜内的N母排分列布置，保证各回路相对独立。