水电站照明变低压侧零序CT安装位置对于接地保护的影响分析

何能全

（雅砻江流域水电开发有限责任公司 成都 610000）

引言

因水电站多为地下式或坝后式厂房，站内环境潮湿，厂用照明系统出线电缆较多，绝缘防护水平相对较低，易受运行方式及环境影响，其接地保护在运行过程中动作频次较机组自用变及公用变较多[1]。本文对某大型水电站TT接线方式的厂用照明变低压侧接地故障时的电流回路进行了分析，并结合故障案例进行实例验证，给出了厂用照明变压器低压侧零序CT的合理安装位置建议，以确保站用照明变可靠运行。

1 某站厂用照明变系统配置

某大型水电站照明变主接线如图1所示，1B、2B分别为#1照明变、#2照明变，1QF、2QF及3QF分别为#1M进线开关、#2M进线开关及联络开关，正常情况下该照明系统I、II段分段运行。当一段变压器检修或者上级10kV转检修后，照明系统I、II段通过合上3QF开关转为联络运行。

图1 某水电站400 V厂用照明系统主接线图

1B的电气原理及零序CT配置如图2所示，其中CTA、CTB、CTC为 1QF自带的电流互感器，CT1、CT2、CT3，为照明变低压侧零序CT可选择安装的位置（某厂改造前零序CT实际安装位置为CT3），运行过程中流过这三个CT的电流分别记作IN1、IN2、IN3，本文以照明变压器低压侧400 V母线A相K点发生接地故障为例，对照明变压器低压侧零序CT安装位置对于接地保护的影响进行分析。

根据《DL/T 1502-2016厂用电继电保护整定计算导则》[2]，其参考的厂用变低压侧零序CT安装位置为图2所示CT3位置，且大多一次设备制造商也均将低压零序CT布置于此。按照保护整定导则推荐的整定方案，厂用变压器低压侧零序过流整定原则如下：

图2 厂用照明系统电气原理图

1）躲过正常运行时变压器中性线上流过的最大不平衡电流，此电流一般不应超过低压线圈额定电流的30 %，即:

式中：

Iop—保护动作电流；

Krel—可靠系数，取1.3；

In1—变压器低侧额定电流；

nTA0—CT 变比。

2）与相邻元件保护的动作电流相配合。

①当低压厂用变压器无分支线时，与低压电动机相间保护相配合；躲过未单独装设接地保护的最大容量电动机的相间保护(兼做接地保护)的动作电流。

式中：

Iop—保护动作电流；

Krel—可靠系数，取1.3；

Kco—配合系数，取1.1；

Kst—电动机启动电流倍数；

Irt—电动机额定电流。

②当低压厂用变压器有分支回路时，与厂用分支线零序保护相配合。

式中：

Iop—保护动作电流；

Kco—配合系数，取1.1；

Iop.br—厂用分支回路零序保护的动作电流。

低压侧零序电流保护动作时限与低压母线进线保护动作时间配合整定。

由于照明系统的主要负荷为照明灯具、电源插座、办公设备、小型换气扇等电气设备，因此多采用三相4线的TT接线方式。

2 厂用照明变低压侧零序保护误动事件

某站（如图1所示）因照明变2B高压侧10 kV母线检修需要，2QF断开，照明系统2M通过联络开关3QF运行，在500 kV出线发生近端单相接地故障，500 kV线路保护动作的同时，#1照明系统进线开关1QF本体保护装置报接地故障跳闸。

照明变压器开关1QF为施耐德框架式断路器，额定电流In=630 A，保护模块选配的型号为Micrologic 6.0 A，开关定值设定为：

接地故障脱扣Ig=B；

接地跳闸延时Tg=0.3 s；

I2t选off。

根据400 V开关厂家（施耐德公司）提供的技术说明书——《MT低压空气断路器和负荷开关》，当定值模块型号为Micrologic 6.0A，400A＜开关额定电流In=630 A＜1 250 A时，Ig=B取0.3，即B=0.3In=0.3*630=189 A，I2t选off（即跳闸时间为定时限），当接地零序电流大于189 A经且过0.3 s延时跳开进线开关1QF。

现场检查#1照明变系统的母线及负荷开关绝缘均合格。通过1M带2M联络运行，1QF跳闸前的不平衡电流为126 A，如图3所示。

图3 1QF显示的不平衡电流

分析以上不平衡电流，不难发现是因为在正常运行时照明系统负荷三相不对称引起的，开关所显示的126 A“零序电流”实为负荷不平衡电流。由于该值小于接地保护跳闸电流值189 A，所以正常运行情况下开关不会动作。

本次异常后，检查电站故障录波装置，发现该站500 kV线路保护发生单相接地故障时，对应厂用电A相电压未发生变化，B、C相母线电压下降至正常电压的69 %，这进一步加重了照明变负荷的不平衡度，使得零序电流实测值达到了该开关的接地保护动作定值189 A以上，从而导致接地保护动作跳闸（开关保护为正确动作），属误动作。

3 零序CT安装合理性分析

通过分析以上误动事件，保护误动的原因在于照明系统负荷三相不平衡电流的存在，导致进线开关检测到所谓“零序电流”，在双母联络运行时不平衡电流进一步增大，在母线电压因系统原因发生波动时，不平衡电流加剧，最终导致照明变低压侧400 V进线开关误动跳闸。

以下就TT接线系统中低压侧零序CT不同安装位置在单相接地中的优缺点进行定性分析，以便确定合适的保护配置方案。

3.1 零序CT安装于CT1位置

由图2可知，该方式下正常运行时，IN1=IN3，流经CT1的电流为系统不平衡电力。当400 V母线K点发生接地故障时，故障电流路径为：A相→CT3、CT2→故障点→A相，而不流经CT1位置，保护装置无法测得故障电流，无法实现接地保护功能，而在负荷不平衡度达到动作定值时反而会误动，因此CT1的安装位置不适用于照明变系统高压侧接地保护。

3.2 零序CT安装于CT2位置

该方式下，正常运行时负荷不平衡电流流经CT1和CT3，IN1=IN3，无电流流经CT2位置，即CT2不能检测正常运行情况下的不平衡电流。当系统在K点发生接地故障时，故障电流流经路径为：A相→CT3、CT2→故障点→A相，CT2检测到的电流全为故障电流。可起到直接接地系统单相接地保护作用，且定值整定只需考虑时间上与1QF的配合。因1QF同时检测了负荷不平衡电流及接地电流，因此接地电流定值可不进行配合。

3.3 零序CT安装于CT3位置

该方式下，正常运行时负荷不平衡电流流经CT1和CT3，IN1=IN3。当在K点发生接地故障时，故障电流流经路径为：A相→CT3、CT2→故障点→A相，此种情况下流经CT3的电流为不平衡电流和接地故障电流之和，与1QF开关检测到的电流相同。1QF定值为装置根据参数自动计算的结果，CT3定值根据继电保护计算导则按实测不平衡电流乘以1.3～1.5倍的可靠系数进行整定，理论上是可以用于低压侧零序保护之用。

本文所述实例中，虽然已经按照继电保护整定导则设置了可靠系数，但依然发生了设备误动的情况。说明该种厂用变低压零序保护的配置方式存在一定缺陷和不足，其主要原因是负荷不平衡电流在不同运行工况下导致的。1QF接地保护动作值固定为189A，当负荷调节平衡时，理论上CT3所计算出的定值应远小于189A，不至于造成上下级配合关系失效，开关越级跳闸的情况。CT3位置可起到直接接地系统单相接地的保护，且定值整定只需考虑时间上与1QF的配合。但如果存在较大不平衡电流且叠加系统故障或扰动的情况时，会进一步加大负荷不平衡的严重程度，故障电流就可能超出设定的配合关系，从而导致保护误动作。

综上所述，将CT2位置作为零序电流互感器的安装位置，完全满足如上所述的照明用TT接线系统零序保护的需要，具有较高的灵敏性，且配合关系简单。

4 应避免和注意的问题

以上保护配置方案，仅在文中所述的方案中有较好的灵敏性和可靠性，如下文所述的系统和运行方式则不宜采用该方式。

如果存在两段400 V电源系统共用N线的情况，如下图所示[3]，则以上方案存在一些其它的风险。

如图4，如果将零序CT布置在零线与地线之间的位置，即上图的CT2或CT4位置，当在一段母线的K点或馈线发生接地故障时，图4中的CT2、CT3、CT4均会有故障电流流过，CT5中无零序电流。在两段电源正常分段运行的情况下，采用将零序CT布置在N线与地线之间的方案，存在导致两段母线同时跳闸的风险，这将导致事故扩大。

图4 共用N线供电系统原理图

因此在共用N线的照明或其它厂用电系统中，则不宜采用以上方案，而应将零序CT布置在低压侧中性点的就近位置（图2 CT3位置），即中性点引出线之后、零线和地线之前的位置，并尽量调整系统的三相负荷水平，使之保持基本平衡，尽量较少不平衡电流。

5 总结

本文结合一起照明系统零序接地保护误动实例，对零序CT安装位置的合理性进行了分析，与实例（图2）所述一致的照明用TT接线系统，建议将零序CT应安装在中性点零线（N线）与地线（pe线）之间的位置，能保证接地保护正确动作，且不受变压器不平衡电流影响，不需与之配合，又能避免如本文所述的因500 kV接地等高电压波动引起装置误动，值得设备厂家和从事保护工作的同行借鉴和参考。