干变低压侧零序CT的安装位置对于接地故障保护的影响

干变低压侧零序CT的安装位置对于接地故障保护的影响

作者：潘永成

来源：《中国高新技术企业》2014年第10期

摘要：三门核电一期工程的电气部分由多家设计单位负责设计、施工，使得现场10kV干式变压器低压侧的零序CT安装位置出现差别，甚至错误。文章从工程现场的实际接线以及保护的配合及灵敏度核算进行分析，确定其对于保护的影响及纠正措施。 关键词：零序CT；安装位置；接地故障

中图分类号：TM645 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0066-02

三门核电一期工程的核岛、常规岛、BOP的10kV干式变压器（以下简称“干变”）及低压系统由不同的设计院进行设计，制造厂家以及建安单位也不相同，因此多种因素导致了干变低压侧的零序CT的实际安装位置存在差异甚至错误。且在调试过程中常使用外部电源线穿过零序CT，来测试CT及保护动作特性，因此其安装的实际位置在调试过程中往往容易被忽略，甚至部分错误的接线方式在投产后也未被及时发现，给设备的安全运行带来了隐患。本文就工程实际中发现的几种典型接线进行分析，并给出纠正方案。 1 典型接线工作原理

对于典型的接线如图1所示，当下游负荷的相线碰外壳接地故障后，一部分电流随着设备外壳接地线，然后经过接地电网再从干变中性点返回系统，另一部分电流通过接至设备外壳的PE线返回系统。二者的电流分配取决于回路上的电阻，通常从接地网返回系统的电阻要大于经过PE线返回系统的电阻。故障电流在返回电源的途中经过装在PE线上的零序CT，因而零序CT可以检测到故障电流，通过接地保护继电器跳开干变的高低压侧的开关，切除故障。 2 实践偏差及纠正

2.1 将零序CT装设在PEN线

由于干变低压小室内的低压侧分支母排由变压器厂家负责设计，因此实际安装后出现了图2的接线方式。

对于图2的接线，在下游负荷正常运行的情况下，N线的不平衡电流依然流过零序CT。因此在故障发生时，除了从PE线以及接地线返回的故障电流外，零序CT检测到的电流还含

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有从N线返回的不平衡电流。由于N线的不平衡电流存在，对于保护的灵敏度、动作值都有影响。

以某台容量为630kVA的干变为例，其最大不平衡电流按照额定电流的25%核算，IN=0.25×=227A，接地故障保护定值

为360A，延时0.4s。对于物理量上升起反应而动作的保护，其灵敏度系数为：

由于叠加了不平衡电流，使得保护的实际动作所对应的故障电流反而是减小了，因此即便在此种接线方式下，当保护定值大于最大不平衡电流时，保护依然可以可靠动作，且灵敏度得到了提高。

此外，对于干变投运后，如果干变低压侧与低压侧进线断路器上口之间的母排发生相排对N排的短路，由于该故障电流不经过低压侧进线断路器，那么对于图1的接线方式，则只能通过干变10kV侧的保护动作跳开。而对于图2的接线，该类型的故障电流将通过零序CT。10kV侧过流一段保护电流为4.8In，过流一段动作时间0.02s，过流二段保护电流2.1In，过流二段动作时间0.48s，CT：200：1；由于10kV侧为D接，零序电流由于同相位无法从电源流入至干变，所以干变低压进线断路器上口相对N短路的故障电流，在10kV侧只能反映为正序和负序电流，依靠过流保护动作。若故障发展较为缓慢，则干变低压侧零序保护早于10kV侧的过流二段动作，动作出口跳开高、低压侧的断路器。

以秦山核电厂30万千瓦机组为例，该厂的配电变压器的中性点侧的零序CT安装方式即为图2的接线方式，再参考国内其他电站，该接线方式的运用也较为广泛。 2.2 不能反映全部接地故障的接线与纠正

工程现场中除了常见的将零序CT安装在变压器小室里，还有在低压开关柜内安装的零序CT，当干变的低压母排与低压柜的母排对接后，PE线安装位置也有考究，在实际工程中出现了多台如图3的接线问题：

对于图3的接线方式，当下游发生相线接地后，故障电流部分通过变压器小室的PE线返回系统，而位于低压进线柜的零序CT只能检测到经过PE排返回系统的部分故障电流以及正常负载时的不平衡电流，无法检测从变压器小室接地点直接返回系统的故障电流。该情况下使得零序保护实际动作值大于故障处的电流，甚至存在拒动的可能。例如2005年12月10日的辽阳石油化纤公司化工一厂的3T变压器，发生了变压器低压侧进线断路器之前的单相接地，但零序CT不能反映故障电流，从而导致保护未正确动作，最终导致变压器损坏，并返厂返修。同时，故障处的电弧放电也将变压器低压侧进线断路器损坏。

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因此，在核对了已经投产变压器的接地保护定值高于最大不平衡负荷电流后，将变压器停役，然后将变压器小室的PE线拆除后，再将PE线接至低压柜进线柜（图4），该问题得到了解决。

此外，图5的接线方式使得接地故障保护不能反映从PE母排返回的故障电流，因此需要将零序CT安装在PE母排与N排之间（如图1）。图6不能反映从接地网通过变压器小室PE线返回至系统的故障电流。因此可将接地点从PEN排拆除，参照图1进行纠正。 3 结语

干变低压侧零序CT的实际安装位置往往容易被忽略，然而它对于接地故障保护的实际功能有较大影响，在实际的工程应用中也发生过因为零序CT位置安装错误导致的变压器、断路器损坏事故。其中对于安装在PEN线上的零序CT，其灵敏度要比安装在PE线上要高，且能能够反映低压侧进线断路器之前的相线对N线的故障。但是其他几种典型错误，应避免。因此对于已经投产的设备可以自查，更重要的是在设计、建安和调试阶段可以借鉴。 参考文献

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[4] 盖生.从一起事故看变压器接地保护的设置[J]. 电气应用，2006，（1）：42-44.

作者简介：潘永成（1987—），男，江苏灌云人，中核集团三门核电有限公司助理工程师，研究方向：发电厂电气调试生产。