核电厂低压配电系统剩余电流保护继电器误动原因分析及处理

辽宁红沿河核电有限公司 纪雄飞

GB/T 6829-2017定义剩余电流为流过剩余电流保护电器主回路电流瞬时值的矢量和（用有效值表示）。剩余电流动作保护器在低压供电系统中，对人身触电伤亡和电气火灾等事故起到了有效防护作用，在低压电网中得到广泛应用[1-2]。

近年来，随着我国核电安全有序快速发展，具有灵敏度高、整定误差小等优点的电子式剩余电流保护继电器广泛应用于核电厂380V 低压配电系统。然而由于其抗干扰能力较差[3]，设备运行过程中发生多起剩余电流保护继电器误动作引起跳闸的异常事件，严重影响了设备供电的可靠性，因此有必要对其误动的原因进行分析并制定有效措施。对于推动低压成套开关设备在核电厂安全稳定运行具有重要的意义。

1 设备简介及剩余电流保护的基本工作原理

某核电厂380V 低压配电系统由6.6kV/0.4kV干式变压器（接线组别Dyn11）、380V 抽屉式配电盘以及相应的二次设备构成，变压器中性点直接接地。抽屉式配电盘采用的是由镀锌钢板制成的封闭外壳，进出线回路的电器元件均安装在可抽出的抽屉中，构成能完成某一类供电任务的功能单元，其中抽屉配置了电子式剩余电流保护继电器用于接地保护。

剩余电流保护基本原理为，通过穿入主回路的零序电流互感器监测是否存在接地电流，正常工作时，线路中剩余电流为零，当主回路存在绝缘下降或接地故障时，零序互感器就感应到一个不平衡电流，当漏电流超过设定值时，继电器动作，发送信号到开关跳闸回路，自动切断电源，从而起到接地保护的作用[4]，接线简图如图1所示。

图1 剩余电流保护接线图

2 常规岛及外围生产厂房低压配电系统剩余电流继电器误动原因分析及处理

2.1 故障现象

常规岛及外围生产厂房低压配电系统使用镇江穆勒MODAN6000抽屉式配电盘，剩余电流保护继电器使用的是朔高美生产的P40，自2010年投运以来，不同功能位置的抽屉发生多起因剩余电流保护继电器误动作，引起下游负荷跳闸失电的异常事件。跳闸后，检修人员使用兆欧表检查下游负荷绝缘正常，重新送电后设备可正常运行，因此判断剩余电流保护继电器误动。

2.2 原因分析

现场检查抽屉小室与电缆小室之间动力负荷电缆与无屏蔽的控制单芯电缆平行布置，动力电缆对控制电缆可能存在干扰。剩余电流保护继电器P40安装在电缆小室，而与其配套的零序电流互感器（额定一次电流10A，变比600/1）安装在抽屉内，两者之间使用2根2.5mm²单芯无屏蔽的控制电缆连接，电缆经过试验插头、抽屉二次插件及端子排平行布置，总长3.5m，接线如图2所示。

图2 剩余电流保护现场接线图

对比核岛380V 低压配电系统，剩余电流保护继电器与零序电流互感器之间通过屏蔽双绞电缆连接，且控制电缆距离动力电缆较远，未发生干扰造成继电器误动的情况，因此分析常规岛及外围生产厂房低压配电柜剩余电流保护继电器误动的直接原因为，零序电流互感器与剩余电流保护继电器之间未使用屏蔽双绞电缆，且控制电缆与动力电缆平行布置，距离较近，线缆之间的电磁干扰造成剩余电流保护误动作。

2.3 双绞线抗干扰机理

抽屉内部、抽屉二次插件与盘柜端子排之间大量控制电缆均为无屏蔽单芯电缆，捆扎成线束，与动力电缆平行布置，线间距离很近，使得线缆间的干扰成为正常工作时重要干扰源。由电磁感应概念可知，缩小电磁感应回路面积是一种有效的抗干扰方法。如果将两根线绞合在一起，如图3（b）所示，与图3（a）相比其感应回路面积较小，更重要的是在理想状况下，源电路产生的磁通量，在每个环中感应的电磁场相互抵消，从而有效地降低了外界电磁场的干扰[5]。

图3 对比分析图

双绞线对干扰的抑制能力与干扰源频率、线绞距及终端电阻等因素有关，表1列出双绞线绞距对抑制干扰的影响。由表1数据可知，现场剩余电流继电器与零序电流互感器之间使用平行布置的2.5mm2单芯电缆对干扰抑制能力为双绞线（绞距2.5cm）的0.7%，抗干扰性能不足。

表1 双绞线绞距对抑制干扰的影响

2.4 故障处理

为了减少动力负荷电缆对控制单芯电缆的电磁干扰造成剩余电流保护继电器误动的异常事件，检修人员应将常规岛以及外围生产厂房的380V 低压配电系统抽屉内的零序电流互感器移位至电缆小室，并同时将剩余电流保护继电器与零序电流互感器之间的电缆更换为屏蔽双绞电缆，改造后的接线如图4所示。

图4 剩余电流保护改造后接线图

改造完成后，运行效果良好，未再发生剩余电流保护误动的异常事件。二期新建工程低压配电盘在制造阶段，厂家已按照要求在剩余电流保护继电器，与零序电流互感器之间使用屏蔽双绞电缆，2021年投入运行以来，未发生剩余电流保护继电器受干扰误动的异常事件。

3 核岛低压配电系统剩余电流继电器误动原因分析及处理

3.1 故障现象

核岛低压380V 配电盘使用的是ABB 生产的MNS3.0低压开关柜，剩余电流保护继电器使用的是施耐德生产的RH99M。现场检查发现剩余电流保护继电器RH99M 安装在抽屉内，而与其配套的零序电流互感器（额定一次电流10A，变比600/1）安装在电缆小室，两者之间通过屏蔽双绞电缆连接，与常规岛及外围生产厂房低压配电盘布置不同。

随着运行年限的增加，不同功能位置的抽屉发生多起剩余电流保护继电器报警跳闸的异常事件，主要包含以下两种情况：一是下游负荷绝缘真实故障，剩余电流保护正确动作出口跳闸；二是抽屉断路器及接触器未合闸，下游负荷处于热备用停运状态，剩余电流保护误动作。

3.2 原因分析

核岛低压配电盘部分抽屉剩余电流保护动作时，下游负荷处于热备用停运状态，因此排除下游负荷真实绝缘低的情况，确认剩余电流保护继电器误动。RH99M 剩余电流保护继电器具有检测零序电流互感器开路的功能，离线试验验证发现当RH99M 剩余电流保护继电器，与零序电流互感器之间连接回路阻值超过120Ω 时，剩余电流保护继电器会报警、出口跳闸。

现场检查发现RH99M 剩余电流保护继电器，与零序电流互感器之间回路共包含四个连接点，即零序电流互感器端子1-2、试验插头1-2、抽屉二次插及端子排19-20、剩余电流保护继电器端子T1-T2，接线图如图5所示。

图5 核岛剩余电流保护现场接线图

其中，零序电流互感器端子1-2、试验插头1-2、剩余电流保护继电器端子T1-T2连接方式为螺丝紧固，端子松动引起接触不良的可能性较低；而抽屉二次插及端子排19-20连接方式为插接式，抽屉在试验位和工作位置时二次插及端子排连通，抽屉在隔离位置时二次插及端子排断开，随着运行年限的增加及抽屉多次操作以及盘柜的振动，二次插及端子排存在接触不良的故障模式。

现场对抽屉二次插以及端子排进行解体检查，确认剩余电流保护误动的原因为抽屉二次插以及端子排长期运行，多次操作，造成二次插件接触面磨损、氧化、压紧力下降，接触电阻变大，进而引起了RH99M 剩余电流保护继电器与零序电流互感器回路阻值超过120Ω，引起剩余电流保护继电器误动跳闸。

3.3 故障处理

为了减少由于抽屉二次插及端子排接触电阻增大引起剩余电流保护继电器误动的异常事件，检修人员制定了定期更换抽屉二次插及端子排的检修策略，全部更换完成后，运行效果良好，未再发生剩余电流保护继电器误动的情况。

4 结论

低压成套开关设备的设计、生产、检修等技术水平，对开关设备的正常功能和可靠性有较大的影响。本文阐述和分析了核电厂常规岛及外围生产厂房、核岛低压配电系统剩余电流继电器误动的根本原因及处理措施，为提高核电厂低压成套开关设备运行的可靠性，避免类似问题在后续核电项目发生，提出以下优化措施。

一是剩余电流保护继电器与其配套使用的零序电流互感器之间应当使用屏蔽双绞电缆连接，并且二次控制电缆应当尽量远离一次动力回路，这样可以有效减少线缆间的干扰造成剩余电流保护误动作。二是剩余电流保护继电器与其配套使用的零序电流互感器，应共同布置在抽屉小室或者电缆小室，两者之间通过电缆直接连接，尽量减少连接点，避免抽屉二次插以及端子排接触不良引起剩余电流保护误动作。