黄常抒
（广东国华粤电台山发电有限公司 广东江门 529228）
摘要：电流互感器（TA）作为电厂重要电气设备，承载着大电流按比例变小的任务。作为继电保护、各种测量、仪表仪器的重要器件，是电气控制、测量、调节和保护元件的交流电流源，是电气二次回路与一次系统相联络的枢纽，可使仪表、继电保护及工作人员与一次高压系统绝缘、隔离，解除高电压给二次回路及工作人员带来的威胁，确保人的生命及设备的安全。本文主要对一起不正确接地引起保护误动作事故进行分析。
关键词：电流互感器；继电保护；二次回路接地
一、电流互感器的构成及工作特点
电流互感器主要是将一次大电流变换成与其成正比的二次小电流，然后输入到测量仪表或继电保护及自动装置中，其构成及工作特点如下：①用于电力系统中的电流互感器，其一次绕组通常是一次设备的进、出导线，只有1匝或2匝；其二次匝数却很多。②正常运行时，电流互感器铁芯中的磁密很低，其一次与二次保持安匝平衡。当系统故障时，由于故障电流很大，二次电压很高，励磁电流增大，铁芯中的磁密急剧升高，甚至使铁芯饱和。③正常工况下，铁芯中的磁密很低，励磁阻抗很大，而二次匝数很多。从二次侧看过去，其阻抗很大。负载阻抗与电流互感器的内阻相比，可以忽略不计，故负载阻抗的变化对二次电流的影响不大。④电流互感器的二次负荷如果很大，运行时其二次电压很高，励磁电流必然增大，从而使电流变换的误差增大。特别是在系统故障时，电流互感器一次电流可能达额定电流的数十倍，致使铁芯饱和，电流变换误差很大，不满足继电保护的要求，甚至使保护误动。电流互感器的二次回路不得开路。如果运行中二次回路开路，二次电流消失，去磁作用也随之消失，铁芯中的磁密很高；又由于二次匝数特多，二次电压会很高，有时可达数千伏，危及二次设备及人身安全。
二、电流互感器接地原则
《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》继电保护重点实施要求6.3.2规定：公用电流互感器二次绕组二次回路只允许、且必须在相关保护柜屏内一点接地。独立的、与其他电压互感器和电流互感器的二次回路没有电气联系的二次回路应在开关场一点接地。
交流电流回路设置接地点是为了保证人身和设备的安全，但是如果接地点不正确，会造成继电保护装置不正确动作，如电磁式保护时代，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，应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，接地点选择在端子箱一点接地。
目前我们使用的微机保护，差动保护的组成及逻辑都是在装置内部，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。但是在3/2接线的厂站，如果两个电流互感器取的是合电流，则应该在取合电流之处一点接地，电流互感器二次回路如果出现多点接地，会因分流导致保护不正确动作。
三、故障经过
某电厂3号机发变组保护B屏主变差动保护动作，动作行为导致汽轮机打闸、发电机跳闸、发电机出口断路器跳闸、灭磁开关跳闸，主变压器跳闸，5031断路器和5032断路器跳闸，高压厂用变压器跳闸，厂用变压器所带负荷切换至启备变运行。
四、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：①发变组保护 A 屏 RCS-985装置只有500KV 断路器联跳开入量保护动作，无其他电气量保护动作；②发变组保护B 屏 DGT801装置500KV 断路器联跳动作、主变B相差动保护动作；③机组故障录波器记录在发变组保护B屏主变差动保护动作前，主变压器高压侧三相电流均为300A，发电机机端三相电流均为13000A，高厂变高压侧三相电流均为900A，在主变差动保护动作前100毫秒内主变差动保护三侧电流无任何突变。
五、保护动作逻辑分析
（一）保护动作顺序
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，同时关闭主汽门。
由于5031断路器、5032断路器断开，使500KV升压站内500KV 断路器联跳保护动作，送至机组使发变组保护 A 屏及B 屏500KV联跳保护都动作。
（二）检查与判断
检查发变组保护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，主变压器各侧电流、电压正常无畸变，且主变差动保护差流很小，判断主变压器运行正常。
推断出本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。
（三）对保护动作时一次电流进行计算
主变压器低压侧电流为13000A，高厂变高压侧电流为900A。依据变压器接线方式计算主变正常运行时高压侧的电流如下：
其中，为主变压器高压侧电流，为主变压器低压侧电流，为厂变压器高压侧电流。计算出主变高压侧电流为307A，与故障录波器记录主变高压侧电流300A 十分接近。
（四）变压器差动保护原理
变压器差动保护原理上不反应外部短路，当被保护设备完好时，不管外部系统发生何种短路或扰动，恒有
式中为被保护设备第j各端子的流入正向电流相量；m为被保护设备总端子数。
以常用的 Y， 接线的电力变压器为例，它们两侧的电流之间就存在着30°的相位差。即使变压器两侧电流互感器二次电流的大小相等，也会在差动回路中产生不平衡电流。通常采用相位补偿的方法，将变压器星形接线一侧电流互感器的二次绕组接成三角形，而将变压器的三角侧电流互感器的二次绕组接成星形，以便将电流互感器二次电流的相位校正过来。采用了这样的相位补偿后，Y，接线变压器差动保护的接线方式及其有关电流的相量图如下。
图中 IAY、和分别表示变压器星形侧的三个线电流，和它们对应的电流互感器二次电流为、和。由于电流互感器的二次绕组为三角形接线，所以加入差动臂的电流为：
它们分别超前于IAY、和相角为30°。在变压器的三角形侧，其三相线电流分别为IAd、IBd和ICd，相位分别超前IAY、IBY和ICY30°。因此该侧电流互感器输出电流Iad、Ibd和Icd与IAd、IBd和Icd同相位。所以流进差动臂的三个电流就是它们的二次电流Iad、Ibd和Icd。Iad、Ibd和Icd分别与高压侧加入差动臂的电流Iar、Ibr和Icr同相，这就使Y，变压器两侧电流的相位差得到了校正，从而有效地消除了因两侧电流相位不同而引起的不平衡电流。
（五）故障时保护 B 屏主变各侧电流波形图
对主变差动保护三侧电流数据进行分析，分析过程如下：
主变差动保护定值：比率系数 Kz0.5；差动启动值 Iq1.18A（以主变低压侧为基准）；拐点 Ig2.8A（归算至主变低压侧）。
依据主变差动保护录波图可知：
主变高压侧电流IA=0.197A∠0°
主变高压侧电流IB=0.198A∠-119.5°
主变高压侧电流IC=0.239A∠-193.5°
由此可以算出在主变高压侧C相叠加了一个电流，其大小为：
△IB=（主变高压侧 IB- 主变高压侧 IC）× 平衡系数 K+ 低压侧 Ib+ 厂变低压侧 Ib
其中主变低压侧Ib=2.609A∠ -272.4°
主变低压侧Ic=2.606A∠-32.8°
高厂变高压侧电流Ib=0.181A∠ -116.4°
高厂变高压侧电流Ic=0.180A∠ -235.6°
平衡系数 K 经计算可得 K=6.561
计算主变差动保护各相差流分别为：
△IB=1.547A ∠54.5°
△IC=1.157A ∠ -129.2°
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=2.609A
IzC=2.606A
主变差动保护动作方程：
Id>Iq Iz<Ig（1）
Id>Kz（Iz－Ig）+Iq Iz<Ig（2）
动作特性曲线如下
由于制动电流 Iz<拐点电流Ig，故用方程（1），即差流 Id 大于差流启动值 Iq1.18A 时，保护就会动作。
依据计算结果：
△IA=0.208A ∠ -164.8°
△IB=1.547A ∠54.5°
△IC=1.157A ∠ -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，且是由于主变高压侧C相电流畸变引起。
六、原因查找
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1A 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，保护装置逻辑功能正确，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，发现500KV 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 相二次线在根部由于电缆老化，有破损接地情况。
七、原因分析
本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（如下图所示）。
（下转第39页）
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后，主变差动保护动作。
八、结语
此次对主变差动保护误动作的相关数据与跳闸波形的分析，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。
参考文献：
[1]王维俭 .电气主设备继电保护原理与应用 .中国电力出版社，2002.
[2]张保会，尹项根 .电力系统继电保护 [M].中国电力出版社.2005
[3]郭光荣. 发电机转子励磁绕组接地保护 [4].电力系统自动化 .2003
[4]毛锦庆. 电力系统继电保护实用技术问 [M].2版 . 北京：中国电力出版社
[5]《大型发电机励磁控制方式的分析和比较》方思立 刘增煌 电网技术1997第8期
[6]电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点. 邹森元编
[7]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施细则 .中国电力出版社
[8]景敏慧，变电站电气二次回路及抗干扰 北京，中国电力出版社，2010
论文作者:黄常抒
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/22
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