电焊机在配电室工作造成差动保护误动作原因分析

电焊机在配电室工作造成差动保护误动作原因分析

电力系统中往往由于电流互感器二次回路两点接地、接地网不规范等原因，引起继电保护误动作，给电网安全运行和可靠供电构成直接威胁。通过对一起电焊机在配电室接地网上工作引起主变差动保护误动事故的实例，从现象及理论进行分析，找出了引发这起事故的原因，并提出防范和整改措施。

标签： 电焊机;电流互感器;接地网;两点接地

1 引言

电流互感器的二次回路有一个接地点，并在配电装置附近经端子接地。但对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子接地。

电流互感器二次回路上有且只能有一点接地，其原因是为了人身和二次设备的安全，另外就是为了防止保护误动。

如果二次回路没有接地点，接在电流互感器一次侧的高电压将通过互感器一、二次线圈间的分布电容和二次回路的对地电容形成分压，将高电压引入二次回路，其值取决于二次回路对地电容的大小。如果互感器二次回路有了接地点，则二次回路对地电容将为零，从而达到了保证安全的目的。

在有电连通的几台（含一台）电流互感器的二次回路上，必须只能通过一点接于地网。因为一个变电所（或电厂）的接地网并非实际的等电位面，因而在不同点会出现电位差。当大的接地电流注入地网时，各点间可能有较大的电位差值。如果一个电连通的回路在变电所的不同点同时接地，地网上的电位差将串入这个连通的回路，有时会造成不必要的分流。

在电流二次回路中，如果正好在继电器电流线圈的两侧都有接地点，一方面两接地点和地所构成的并联回路，会短路电流线圈，使通过电流线圈的电流大为减少。此外，在发生接地故障时，两接地点间的工频地电位差将在电流线圈中产生极大的额外电流。这两种原因的综合效果，将使通过继电器线圈的电流与电流互感器二次通入的故障电流有极大的差异，当然会使得继电器的反应不正常。

在现实中，常常由于人为的接线错误及电缆绝缘的老化等原因，造成一个电气连接的二次回路中出现多点接地的情况多有发生，以致引发保护误动作事故。

2 事件经过

2.1故障经过

2013年11月4日10：05分，某电厂#2主变差动保护动作，#2主变110kV高压侧102开关、35kV中压侧302开关、10kV低压侧902开关、922开关跳闸，

#2发电机灭磁开关跳闸，#2机组停机。

图1 变电站主接线

2.2检查情况及分析

2.2.1一次设备检查、试验情况

#2主变差动保护动作后，现场对#2主变差动保护范围内的所有一次设备进行了外观检查，无短路、放电迹象，#2主变油化分析无异常，重点对#2主变35kV侧开关柜及CT进行检查，均未发现异常。

2.2.2保护装置检查、试验情况

为查明#2主变差动保护动作原因，组织相关专业人员对#2主变保护装置及二次回路开展了进一步的检查、试验和分析。专业人员先后对#2主变保护装置进行了程序版本校验、采样检查、逻辑功能试验及模拟试验，结果均正确，对装置各插件外观进行了检查，未发现异常。

2.2.3零起升压检查、试验情况

经调度同意，切除#2主变差动保护，开启机组对#2主变及35kV侧进行零起升压试验，一、二次设备均正常。

2.2.4理论分析

通过分析保护动作电流，可初步判断这是一起外部故障引起穿越性故障电流造成的差动保护误动事故。

外部故障造成差动保护误动主要有以下几种原因，电力系统中往往是由于以下某两个或两个以上原因同时并存造成保护误动。

2.2.4.1同相位的干扰信号注入保护装置电流回路，导致了保护装置动作。

2.2.4.2二次侧负载在流过短路电流下不能满足CT10%误差曲线的要求，如果不满足CT10%误差曲线要求，由于CT的容量不足以提供二次负荷所需的要求，当外部故障时，如短路电流过大将导致CT饱和。由于正常时一次侧的电流通过CT传变到二次是平衡的，当某个CT饱和时，其励磁阻抗变得很小，一次的电流不能很好的传变到二次，二次电流发生畸变缺损，造成二次的电流不平衡，此时差动保护将出现较大的差流，差动保护判据将反映为内部故障，保护可能误动。

2.2.4.3CT不同型号引起的误差

如差动保护各侧CT采用型号不同，其结构形式、饱和特性、励磁电流（归算到同侧）传变特性等也就不同，因此正常运行情况下差动回路中产生的不平衡电流较大，有可能影响差动保护的正确动作。

2.2.4.4CT本身存在误差

差动保护两侧所用的电流互感器即使是型号相同、变比相同，其特性和剩磁也不可能完全相同，因此，正常运行时总有不平衡电流流过差动继电器。铁芯饱和程度对不平衡电流的影响十分明显，而且随着一次电流的增大而显著增大，因此在外部故障时由于短路电流过大而使保护可能误动;

2.2.4.5CT二次回路接线错误

根据差动保护原理，要使差动保护不发生误动，就要正确接入CT二次回路接线，使差动保护两侧CT的二次电流相位相差1800，这样在保护区内动作时两侧CT的二次线电流相位相同，流入差动回路中的电流为两侧电流之和，保护可靠动作，而在正常运行或外部故障时，差动回路流过的电流接近为零，保护不动作。由于人为的原因，在CT二次回路接线时发生错误，造成差动保护两侧CT的极性接错，正常运行时流入差动回路中的电流为两侧电流之和，但如果运行时一次侧负荷电流太小，二次侧差动电流（两侧电流和）未到定值，正常运行时差动保护也不会动作，在外部接地故障时由于短路电流极大，造成差动保护误动。CT二次回路接线错误还有可能是相序接错，如一侧CT接入保护装置的A、C相电流回路接反，另一侧电流回路接线正确，则正常情况及保护区外故障的情况下，流过差动回路B相的电流为零，而流过差动回路A、C相的电流却分别增大了万倍，这样当保护区外发生短路故障时，CT将感应出较大的短路电流，流过差动回路的电流也随之增大，从而引起差动保护误动作。值得注意的是，即使变比一样，如果电流互感器二次侧的测量级与保护级接错，也可能引起保护误动，这是因为计量绕组铁芯设计时是保证在短路电流超过额定电流的一定倍数时，要求铁芯饱和，限制二次电流增长，以保护仪表。而继电保护绕组铁芯不饱和，二次电流随短路电流相应增大，以使继电保护准确动作，因此，如果接错，在发生外部短路故障时，可能导致由于CT饱和而保护装置动作不正确。2.2.4.6差动保护二次电流回路有两点或多点接地方式

差动保护二次电流回路接地时，各侧CT的二次电流回路必须只能通过一点接于地网。在电流二次回路中，如果正好在继电器电流线圈的两侧都有接地点，一方面两接地点和地所构成的并联回路，会短路电流线圈，使通过电流线圈的电流大为减少。在发生接地故障时，两接地点间的工频地电位差将在电流线圈中产生极大的额外电流。这两种原因的综合效果，将使通过继电器线圈的电流与电流互感器二次通入的故障电流有极大的差异，当然会使得继电器的反应不正常。

2.2.4.7接地网不规范

当接地网不规范，如没有独立的保护接地网，而直接将电流互感器的二次接地点接到设备底座或外壳上，或者升压站保护接地网与保护室保护接地网没有连

接形成一个接地网，此时如果有外部强干扰电流，就有可能造成干扰电流串入到CT二次回路中，引起保护误动。

2.2.5实际检查分析

经过仔细核查主变各侧CT的型号和对比CT10%误差曲线，认为CT本身不存在误动的可能，对差动保护二次回路进一步检查，发现主变差动保护回路35kV中压侧CT二次回路存在两点接地情况，即在35kV开关柜和保护屏CT二次中性线均接地，而且该厂配电室没有单独的保护接地网，35kV开关柜CT二次中性线在开关场直接接到35kV开关柜箱体上，由于保护接地网不规范和CT二次两点接地这两个原因同时存在，为干扰电流注入二次回路提供了条件。

从图2故障录波图可以看出，#2主变中压侧C相电流Ic、#2主变中压侧中性点电流3I0波动较大，其它回路电流正常。分析认为：故障时，有干扰电流串入#2主变35kV中压侧302开关CT二次中性线和302开关C相CT二次回路中，引起#2主变差动保护误动作。

图2 #2机组故障录波图

通过了解得知，事故发生时，在配电室内#2主变35kV中压侧302开关柜附近有电焊机工作，所以认为是电焊机的工作，引起干扰电流串入#2主变35kV中压侧302开关CT二次中性线和302开关C相CT二次回路中，进而引起#2主变差动保护动作。

2.2.6动作原理分析

通过核查，该厂#2主变35kV侧开关302开关CT用于差动保护的二次绕组接线图如下：

图3 —CT二次绕组接线图

事故发生时，该厂检修人员正在使用电焊机修复35kV配电室电缆沟盖板，工作人员将电焊机“地线”接在35kV配电室302开关柜接地线上（离C相最近），用电焊机“把线”对电缆沟构架及盖板进行焊接，因302开关电流互感器二次接地点直接接到开关柜箱体上，且302开关电流互感器二次回路有两点接地，在电焊机工作过程中就会有干扰电流串入到CT二次回路中。

电焊机工作时，焊接电流I的绝大部分分支电流I1是从A点流向B点，但是但也存在一部分杂散电流I21流入到302开关电流互感器二次中性线和I22流入到302开关C相电流互感器二次回路中，致使#2主变差动保护动作，示意电路见图4所示。

图4 电焊机工作时电流回路图

3 防范和整改措施

3.1加强保护改造、定检工作的现场监理和质量验收，做到试验不漏项，将保护装置二次回路接地及抗干扰措施检查列为专项工作在每年的保护定检中落实。

3.2重视继电保护二次回路的接地问题，并定期检查这些接地点的可靠性和有效性。按照《二十五项反措》和《十八项反措》要求对电流互感器和电压互感器的接地情况进行检查整改。

3.3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。对已运行的电流、电压互感器，特别是用于各类差动保护的电流互感器应进行复查，对不满足要求的及时安排整改。

3.4高度重视电气设备接地网敷设安装情况，按照《二十五项反措》和《十八项反措》要求对接地网进行检查，防止由于接地网不规范，干扰电流串入二次回路引起保护误动。

3.5微机型继电保护装置所有二次回路的电缆均应使用屏蔽电缆，严禁使用电缆内的空线替代屏蔽层接地。

4 结束语

针对电流互感器两点接地的问题，将保护装置二次回路接地及抗干扰措施检查列为专项工作重点开展起来。

而随着电力系统的发展，高电压、大容量、长线路对保护用的电流互感器的特性要求也越来越高，除了在技术监督及保护定检工作中要加强二次回路接地及抗干扰措施的检查工作，对电流互感器的校核工作也刻不容缓。

参考文献：

[1]张保会.尹项根.《电力系统继电保护》.中国电力出版社.2006

[2]袁乃志.《发电厂和变电站电气二次回路技术》.中国电力出版社.2004

[3]《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》.国家电网公司.国电发[2000]589号

[4]《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》继电保护专业重点实施要求.国家电力调度通信中心.2005