電流互感器兩點接地引起的線路縱差保護動作分析

劉慧斌 苗 茂

一直以來，針對兩點接地，電氣工程及繼電保護類教科書常見的說法是：兩點之間會因存在電位差引起保護誤動。然而既不說明哪來的電位差，又不說明電位差是如何引起保護誤動的，欠缺分析和佐證的實例。運行中的繼電保護裝置電流回路不能兩點接地，電氣技術人員對此有足夠的認知度。但進一步深究為什么，甚至繼續(xù)追問，停運的裝置能不能兩點接地？能回答的人可能就不多了，部分原因是這類故障確實很少見[1]，技術人員鮮有深入研究分析。本文結合萬家寨引黃工程某泵站110kV組合電器（GIS）檢修試驗時，將電流互感器二次側接線端子全部短接（封閉）并接地，該操作確保了現(xiàn)場試驗的安全，卻未注意到與遠處繼保裝置的接地點共同構成了兩點接地，為電流串入保護裝置引起誤動提供了條件。

1 概述

1.1 保護配置

系統(tǒng)接線如圖1所示，A、B為引黃兩座泵站，C為電網(wǎng)公司變電站，110kV系統(tǒng)通過兩回線路用兩個“T”接方式向兩座泵站供電[2]。該三端線路配置光纖分相電流差動保護作為主保護，每回線路的每一個端配置雙重保護裝置，實現(xiàn)冗余。保護裝置為法國ALSTOM MICOM P540系列光纖電流縱差保護裝置。

1.2 運行方式

110kV的 I、Ⅱ回線路運行。對 A泵站Ⅱ段母線進行檢修，進線斷路器156處于檢修狀態(tài)。Ⅰ段母線運行。母聯(lián)斷路器150處于檢修狀態(tài)，母聯(lián)隔離開關150A、150B斷開，接地刀閘150A0、150B0合閘。泵站B雙回供電運行。

圖1 系統(tǒng)接線

1.3 工作內容

引黃A泵站對2段進線GIS設備大修，收尾階段高壓試驗。試驗過程中為防止電流互感器二次測開路、懸空狀態(tài)對設備本身造成損害[3]，技術人員將GIS設備上的電流互感器二次側端子全部短接并接地，試驗過程中并未出現(xiàn)異常。

1.4 誤動情況

為保證高壓試驗覆蓋被修設備的全部區(qū)域，試驗人員計劃在150和150A斷開的情況下，將150B合閘。運行人員對在各斷路器進行操作前，已將電氣防護裝置解鎖，因150B的按鈕與150A按鈕位于同一面版，操作失誤，在150A0閉合狀態(tài)下合150A，導致1段母線三相接地短路，全站失電。更嚴重的是，因1回供電線路上的P543與B泵站、C變電站P543裝置構成一個差動保護整體，A泵站的 P543電流回路串入電流，導致B泵站、C變電站1回線路保護差動動作、同時跳閘，擴大了停電范圍。加之2回供電線路上出現(xiàn)三相短路，A、B泵站全站停電。

2 原理分析

對于每一回線路，三站三端P543裝置共同組成一個線路保護差動回路。A泵站和B泵站測得的線路電流之和應等于C變電站測得的線路電流。如果其中一端有干擾性電流流入或流出，三端之和就不再為零，該值超過定值后，保護動作，跳開出進線斷路器。電流互感器兩端接地，正為串入電流提供了一個完整回路[4]。

2.1 電位差產生的原因

接地點電位差產生示意圖如圖2所示。接地網(wǎng)電阻值很小，但仍非理想導體。當接地網(wǎng)上出現(xiàn)很小的電流時，因電阻值較小，接地網(wǎng)任何兩點間的電壓值Ve很小，這個Ve值往往不足以在地上部分不同接地點間引起干擾電流。但只要接地網(wǎng)中流過大電流，比如雷電流直接流入，以及上文中說到的110kV三相接地短路，均會使不同的接地點間產生一定的壓差[5]。這個壓差Ve的大小與兩接地點間的電阻，即距離呈正比例關系。兩接地點越遠，Ve就越大；兩接地點越近，Ve就越小[6]。A泵站的實際情況是，其中一點位于GIS組合電器上，另一點位于另一柜建筑繼保室線路保護盤內，直線距離約為100m。

圖2 接地點電位差產生示意圖

2.2 地網(wǎng)電阻和裝置輸入阻抗的分流作用

根據(jù)對GIS電流互感器二次側的處理方法，可以建立一個簡單的電路模型，如圖 3所示[7]。電源即Ve，為兩接地點間的電壓差。電阻Rl為兩接地間電流互感器二次側導線的電阻，電抗 La、Lb、Lc為P543差動回路輸入阻抗。通過簡單的電路分析即可判斷La、Lb、Lc中會有電流流過，且應當大小相等、波形相同。經(jīng)計算100m電流回路導線電阻Rl約為10.5Ω，不可忽略，La、Lb、Lc三支路的電流即串入保護裝置的電流值。

圖3 兩接地點存在壓差時的等效電路

3 實驗驗證

3.1 保護裝置實測電流

圖4為串入P543保護裝置電流回路的三相電流值，該三相電流大小相等，波形一致，與上述圖 3所示模型判斷吻合。串入電流值為圖示值除以800，約5.8A。圖5為測得的短路電流值，換算到一次側，產生了單相約6400A的瞬時短路電流。在斷路器B相觸頭和C相觸頭先接通而A相觸頭尚未接通的近兩個周波內，三相短路電流不平衡，流入大地，約6400A。在約40ms的時間內，B、C兩相短路，短路電流達6400A，地網(wǎng)中流過約6400A的電流，使互感器兩接地點間產生了一個不可忽略的電位差，在該電勢作用下，電流回路內產生約5.8A的誤動電流，隨后因開關A觸頭閉合，三相短路電流基本平衡，不再向大地注入電流。

圖4 串入保護裝置的電流值（變比換算后的一次側值）

圖5 三相短路電流值（換算前的電流值變比800∶1）

3.2 保護裝置動作判據(jù)

P543線路分相差動保護定值為 0.2，實際串入電流為每相5.8A。B泵站與C變電站的P543裝置必然快速動作斷開C變電站1回出線斷路器和B泵站的1回進線斷路器。事實上，最初的三相短路接地事故并不直接影響1回線路的供電，B泵站理應能夠在1回線路上維持穩(wěn)定的用電，而就是因為兩點接地使地網(wǎng)電流串入保護裝置，誤動之虞即停電范圍擴大。

4 結論

通過上述分析，該事故的全部拼圖已完整?？梢郧逦乜吹?，當A泵站2回線路上的短路瞬間，在兩個周期內產生與單相短路電流相當?shù)牟黄胶怆娏鳎s為 6400A，流入大地。地網(wǎng)不同位置之間因地網(wǎng)電阻的存在而產生電位差。該電位差作用于 1回線路保護裝置的兩接地點，產生電流，1回線路的三端保護裝置共享該電流信息，認為滿足差動判據(jù)，發(fā)出跳閘指令。

互感器兩點接地造成停電事故相對較少發(fā)生，而起因于一個已經(jīng)停了電系統(tǒng)中的誤動電流，使同一回線路上的別的保護裝置動作，這樣的事故或更少見。上述內容為廣大電力系統(tǒng)繼電保護人員提供了一個鮮活的例子，幫助深入認識兩點接地潛在的隱患，檢修工作中能建立起一種在懂原理基礎上的高階防范意識，對減少人為事故具有較大的價值。

[1] 邱濤, 王攀峰, 張克元, 等. 一起二次回路兩點接地引起母線保護誤動的事故分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2008, 36(24)： 110-112.

[2] 李瑞生, 賀要鋒, 樊占峰, 等. T型輸電線路三端差動保護工程應用實踐[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制,2010, 38(6)： 119-121, 125.

[3] 尹伊. 電流二次回路兩點接地引起繼電保護誤動分析與防范措施[J]. 通信世界, 2015(05上)： 233-234.

[4] 李前進, 石文國, 姚亮. 高壓電網(wǎng)T型線路保護配置方案探討[J]. 科技創(chuàng)新導報, 2009(1)： 106-107.

[5] 蘇治, 韓廣瑞, 潘向華, 等. 接地故障電流入侵差動保護導致其誤動作的實例分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2014(20)： 135-139.

[6] 王耕. 地電位變化與電子設備的接地研究[J]. 電子產品可靠性與環(huán)境試驗, 2011, 29(2)： 7-12.

[7] 崔亞瓊. 單側電源供電線路光纖縱聯(lián)差動保護[J].河北水利, 2015(5)： 18, 24.