水電站照明變低壓側零序CT安裝位置對于接地保護的影響分析

何能全

（雅礱江流域水電開發有限責任公司 成都 610000）

引言

因水電站多為地下式或壩后式廠房，站內環境潮濕，廠用照明系統出線電纜較多，絕緣防護水平相對較低，易受運行方式及環境影響，其接地保護在運行過程中動作頻次較機組自用變及公用變較多[1]。本文對某大型水電站TT接線方式的廠用照明變低壓側接地故障時的電流回路進行了分析，并結合故障案例進行實例驗證，給出了廠用照明變壓器低壓側零序CT的合理安裝位置建議，以確保站用照明變可靠運行。

1 某站廠用照明變系統配置

某大型水電站照明變主接線如圖1所示，1B、2B分別為#1照明變、#2照明變，1QF、2QF及3QF分別為#1M進線開關、#2M進線開關及聯絡開關，正常情況下該照明系統I、II段分段運行。當一段變壓器檢修或者上級10kV轉檢修后，照明系統I、II段通過合上3QF開關轉為聯絡運行。

圖1 某水電站400 V廠用照明系統主接線圖

1B的電氣原理及零序CT配置如圖2所示，其中CTA、CTB、CTC為 1QF自帶的電流互感器，CT1、CT2、CT3，為照明變低壓側零序CT可選擇安裝的位置（某廠改造前零序CT實際安裝位置為CT3），運行過程中流過這三個CT的電流分別記作IN1、IN2、IN3，本文以照明變壓器低壓側400 V母線A相K點發生接地故障為例，對照明變壓器低壓側零序CT安裝位置對于接地保護的影響進行分析。

根據《DL/T 1502-2016廠用電繼電保護整定計算導則》[2]，其參考的廠用變低壓側零序CT安裝位置為圖2所示CT3位置，且大多一次設備制造商也均將低壓零序CT布置于此。按照保護整定導則推薦的整定方案，廠用變壓器低壓側零序過流整定原則如下：

圖2 廠用照明系統電氣原理圖

1）躲過正常運行時變壓器中性線上流過的最大不平衡電流，此電流一般不應超過低壓線圈額定電流的30 %，即:

式中：

Iop—保護動作電流；

Krel—可靠系數，取1.3；

In1—變壓器低側額定電流；

nTA0—CT 變比。

2）與相鄰元件保護的動作電流相配合。

①當低壓廠用變壓器無分支線時，與低壓電動機相間保護相配合；躲過未單獨裝設接地保護的最大容量電動機的相間保護(兼做接地保護)的動作電流。

式中：

Iop—保護動作電流；

Krel—可靠系數，取1.3；

Kco—配合系數，取1.1；

Kst—電動機啟動電流倍數；

Irt—電動機額定電流。

②當低壓廠用變壓器有分支回路時，與廠用分支線零序保護相配合。

式中：

Iop—保護動作電流；

Kco—配合系數，取1.1；

Iop.br—廠用分支回路零序保護的動作電流。

低壓側零序電流保護動作時限與低壓母線進線保護動作時間配合整定。

由于照明系統的主要負荷為照明燈具、電源插座、辦公設備、小型換氣扇等電氣設備，因此多采用三相4線的TT接線方式。

2 廠用照明變低壓側零序保護誤動事件

某站（如圖1所示）因照明變2B高壓側10 kV母線檢修需要，2QF斷開，照明系統2M通過聯絡開關3QF運行，在500 kV出線發生近端單相接地故障，500 kV線路保護動作的同時，#1照明系統進線開關1QF本體保護裝置報接地故障跳閘。

照明變壓器開關1QF為施耐德框架式斷路器，額定電流In=630 A，保護模塊選配的型號為Micrologic 6.0 A，開關定值設定為：

接地故障脫扣Ig=B；

接地跳閘延時Tg=0.3 s；

I2t選off。

根據400 V開關廠家（施耐德公司）提供的技術說明書——《MT低壓空氣斷路器和負荷開關》，當定值模塊型號為Micrologic 6.0A，400A＜開關額定電流In=630 A＜1 250 A時，Ig=B取0.3，即B=0.3In=0.3*630=189 A，I2t選off（即跳閘時間為定時限），當接地零序電流大于189 A經且過0.3 s延時跳開進線開關1QF。

現場檢查#1照明變系統的母線及負荷開關絕緣均合格。通過1M帶2M聯絡運行，1QF跳閘前的不平衡電流為126 A，如圖3所示。

圖3 1QF顯示的不平衡電流

分析以上不平衡電流，不難發現是因為在正常運行時照明系統負荷三相不對稱引起的，開關所顯示的126 A“零序電流”實為負荷不平衡電流。由于該值小于接地保護跳閘電流值189 A，所以正常運行情況下開關不會動作。

本次異常后，檢查電站故障錄波裝置，發現該站500 kV線路保護發生單相接地故障時，對應廠用電A相電壓未發生變化，B、C相母線電壓下降至正常電壓的69 %，這進一步加重了照明變負荷的不平衡度，使得零序電流實測值達到了該開關的接地保護動作定值189 A以上，從而導致接地保護動作跳閘（開關保護為正確動作），屬誤動作。

3 零序CT安裝合理性分析

通過分析以上誤動事件，保護誤動的原因在于照明系統負荷三相不平衡電流的存在，導致進線開關檢測到所謂“零序電流”，在雙母聯絡運行時不平衡電流進一步增大，在母線電壓因系統原因發生波動時，不平衡電流加劇，最終導致照明變低壓側400 V進線開關誤動跳閘。

以下就TT接線系統中低壓側零序CT不同安裝位置在單相接地中的優缺點進行定性分析，以便確定合適的保護配置方案。

3.1 零序CT安裝于CT1位置

由圖2可知，該方式下正常運行時，IN1=IN3，流經CT1的電流為系統不平衡電力。當400 V母線K點發生接地故障時，故障電流路徑為：A相→CT3、CT2→故障點→A相，而不流經CT1位置，保護裝置無法測得故障電流，無法實現接地保護功能，而在負荷不平衡度達到動作定值時反而會誤動，因此CT1的安裝位置不適用于照明變系統高壓側接地保護。

3.2 零序CT安裝于CT2位置

該方式下，正常運行時負荷不平衡電流流經CT1和CT3，IN1=IN3，無電流流經CT2位置，即CT2不能檢測正常運行情況下的不平衡電流。當系統在K點發生接地故障時，故障電流流經路徑為：A相→CT3、CT2→故障點→A相，CT2檢測到的電流全為故障電流?？善鸬街苯咏拥叵到y單相接地保護作用，且定值整定只需考慮時間上與1QF的配合。因1QF同時檢測了負荷不平衡電流及接地電流，因此接地電流定值可不進行配合。

3.3 零序CT安裝于CT3位置

該方式下，正常運行時負荷不平衡電流流經CT1和CT3，IN1=IN3。當在K點發生接地故障時，故障電流流經路徑為：A相→CT3、CT2→故障點→A相，此種情況下流經CT3的電流為不平衡電流和接地故障電流之和，與1QF開關檢測到的電流相同。1QF定值為裝置根據參數自動計算的結果，CT3定值根據繼電保護計算導則按實測不平衡電流乘以1.3～1.5倍的可靠系數進行整定，理論上是可以用于低壓側零序保護之用。

本文所述實例中，雖然已經按照繼電保護整定導則設置了可靠系數，但依然發生了設備誤動的情況。說明該種廠用變低壓零序保護的配置方式存在一定缺陷和不足，其主要原因是負荷不平衡電流在不同運行工況下導致的。1QF接地保護動作值固定為189A，當負荷調節平衡時，理論上CT3所計算出的定值應遠小于189A，不至于造成上下級配合關系失效，開關越級跳閘的情況。CT3位置可起到直接接地系統單相接地的保護，且定值整定只需考慮時間上與1QF的配合。但如果存在較大不平衡電流且疊加系統故障或擾動的情況時，會進一步加大負荷不平衡的嚴重程度，故障電流就可能超出設定的配合關系，從而導致保護誤動作。

綜上所述，將CT2位置作為零序電流互感器的安裝位置，完全滿足如上所述的照明用TT接線系統零序保護的需要，具有較高的靈敏性，且配合關系簡單。

4 應避免和注意的問題

以上保護配置方案，僅在文中所述的方案中有較好的靈敏性和可靠性，如下文所述的系統和運行方式則不宜采用該方式。

如果存在兩段400 V電源系統共用N線的情況，如下圖所示[3]，則以上方案存在一些其它的風險。

如圖4，如果將零序CT布置在零線與地線之間的位置，即上圖的CT2或CT4位置，當在一段母線的K點或饋線發生接地故障時，圖4中的CT2、CT3、CT4均會有故障電流流過，CT5中無零序電流。在兩段電源正常分段運行的情況下，采用將零序CT布置在N線與地線之間的方案，存在導致兩段母線同時跳閘的風險，這將導致事故擴大。

圖4 共用N線供電系統原理圖

因此在共用N線的照明或其它廠用電系統中，則不宜采用以上方案，而應將零序CT布置在低壓側中性點的就近位置（圖2 CT3位置），即中性點引出線之后、零線和地線之前的位置，并盡量調整系統的三相負荷水平，使之保持基本平衡，盡量較少不平衡電流。

5 總結

本文結合一起照明系統零序接地保護誤動實例，對零序CT安裝位置的合理性進行了分析，與實例（圖2）所述一致的照明用TT接線系統，建議將零序CT應安裝在中性點零線（N線）與地線（pe線）之間的位置，能保證接地保護正確動作，且不受變壓器不平衡電流影響，不需與之配合，又能避免如本文所述的因500 kV接地等高電壓波動引起裝置誤動，值得設備廠家和從事保護工作的同行借鑒和參考。