廠用6 kV系統零序保護誤動及二次接線的分析

王 娟

1 給水泵運行方式及保護配置情況

大唐魯北發電有限責任公司有3臺電動給水泵，正常情況下，2臺給水泵運行，2臺給水泵備用，機組啟、停或低負荷時，可1臺給水泵運行。給水泵電機額定功率為5 100 kW，配有南京東大金智電氣自動化有限公司WDZ-430綜合保護裝置和WDZ-431差動保護裝置。其中給水泵A、B只有1個電源供電，電動給水泵C有Ⅰ、Ⅱ2個電源供電，Ⅰ、Ⅱ電源合閘互相閉鎖，正常運行時只能投入1個電源。

2 給水泵零序CT保護誤動分析

在用6 kV A段電動給水泵CI電源和B段電動給水泵CⅡ電源分別送電給水泵C起動時，Ⅱ電源綜合保護裝置和差動保護裝置無異常現象，而Ⅰ電源綜合保護裝置接地保護動作（保護定值為0.4 A，折算到一次側為18 A），動作電流折算到一次側竟高達120 A。

高壓電纜屏蔽線接地有如下要求：三芯電力電纜終端處的金屬護層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應錫焊接地線（油浸紙絕緣電纜鉛包和鎧裝應焊接地線），電纜通過零序電流互感器時，電纜金屬護層和接地線應對地絕緣，電纜接地點（電纜接地線與電纜金屬屏蔽的焊點）在互感器以下時，接地線應直接接地；接地點在互感器以上時，接地線應穿過互感器接地，接地線必須接在開關柜內專用接地銅排上，接地線須采用銅絞線或鍍錫銅編織線，接地線的截面必須符合規程要求。

根據對屏蔽線接地的要求，由圖1可以看到：在用6 kV B段電動給水泵CⅡ電源送電給水泵時，此電纜回路中有3個屏蔽線的接地點，電纜1屏蔽線3在零序CT1以下直接接地，電纜2屏蔽線5在零序CT1以下直接接地，以上屏蔽線接地都是正確的。再來看屏蔽線4，它作為電纜1另一頭的屏蔽線，對于零序CT2來說應穿過零序CT2后接地，但仍然存在零序電流，后將屏蔽線4去掉后零序電流消失，給水泵正常運行時保護不再誤動。分析認為屏蔽線4在給水泵CⅠ、Ⅱ電源的結合處，距離零序CT2較近，極有可能產生干擾影響零序CT2的正常輸出。

3 零序CT二次回路接線問題的分析

大唐魯北發電有限責任公司在#1、#2機組大修期間，設備部繼電保護班的工作人員發現#1機同#2機6 kV廠用電動機相比較，高壓側零序電流保護的二次回路接線有些許不同。#1機的電動機零序CT二次接線全部采用串聯接法，而#2機部分電動機采用并聯接法。我們知道，在單根電纜上的2個及以上的電流互感器的二次回路串、并聯，有增加電流互感器二次帶負載能力和改變互感器變比的作用。但當電動機由2根及以上電纜供電，每根電纜上都套1個零序CT，不同零序CT的二次有的并聯有的串聯送入綜保裝置。這種接線方式同單根電纜上套2個及以上CT有明顯的不同，它不僅與一次電纜的安裝方式有關，而且還牽扯到復雜的整定計算過程。通過多方考證終于形成了新的解決方案。

圖1 給水泵CⅠ、Ⅱ電源主接線圖

3.1 電動機零序保護定值

為了把問題解釋清楚有必要先從整定計算的角度把零序過流保護定值的由來介紹一下，現以#1機廠用系統為例進行說明。

零序過電流保護是根據最小運行方式下#1廠用高變6 kV母線任一點發生單相接地時的最小短路電流為參考進行計算，需要指明的是#1廠高變低壓側為中阻接地系統。

#1廠高變低壓側中性點經40Ω電阻接地，其電阻標幺值為：

據變壓器廠家提供資料：H.V.開路、L.V.1加電、L.V.2開路、Z0=0.034Ω，其零序阻抗標幺值為：

6 kV母線發生單相接地故障時，復合序網中的零序阻抗標幺值為：

6 kV母線發生單相接地故障時，復合序網中的正（負）序阻抗標幺值為：

（由電廠高變參數得，計算過程省略。）

6 kV母線發生單相接地故障時，有名值計算如下：

為了滿足可靠性要求，取可靠系數為1.15；為了滿足靈敏度需要，取靈敏度系數為2。定值計算如下：

3.2 零序互感器串并聯輸出容量的分析

有了定值還必須與CT二次接線配合考慮，以單臺電動機由2根電纜供電且每根電纜上套型號、變比均相同的電流互感器為例。假設其中1根電纜任一點發生單相接地，則2個零序CT中都將感應出零序電流。由于不經過電機繞組，可將電纜電抗忽略計算，則2個零序CT中產生的零序電流接近相等。如果采用二次串聯的接法CT變比將擴大1倍，相應的保護定值必須縮小1倍。而采用二次并聯的接法CT變比維持不變，但是會不會產生分流現象降低保護可靠性呢？到底哪種接法既正確又能夠與定值配合呢？

經查《火力發電廠廠用電設計技術規定》9.2.4條有詳細論述，“同一回路中有2根以上電纜并聯時，一般在每根電纜上各裝1只零序電流互感器，其二次繞組的連接方式有串聯和并聯2種。以得到最大的零序輸出容量為條件：當負載阻抗等于零序電流互感器的內阻抗（零序電流互感器二次線的漏電抗和電阻）時，串聯和并聯是一樣的；若負載阻抗大于內阻抗，則以串聯為大；反之，以并聯為大”。

零序電流互感器串聯接線計算過程，如圖2所示。

圖2 零序CT串聯用計算圖

由圖2可見零序CT串聯時：

式中，E為零序電流互感器的電勢；Z1為零序電流互感器的內阻抗；Zj為零序電流互感器的負載阻抗。

繼電器J上得到的輸入容量為：

現將零序電流互感器并聯接線計算過程介紹如下，如圖3所示。

圖3 零序CT并聯用計算圖

由圖3可見零序CT并聯時：

如果零序電流互感器的內阻抗與負載阻抗相等，不難看出串、并聯二次接法繼電器上得到的輸入容量是相等的。也就是說，零序電流互感器的內阻抗與負載阻抗若相等，其二次回路既可以采用串聯也可以并聯接法，不影響保護裝置的正確動作。

如果負載阻抗遠大于零序電流互感器的內阻抗，則通過對以上公式進行簡單的推導可得出以下結論：

串聯時：

并聯時：

可以看出在負載阻抗遠大于零序電流互感器內阻抗，串聯接法時繼電器得到的輸入容量是并聯接法的4倍。

如果負載阻抗遠小于零序電流互感器的內阻抗，同樣可以通過對以上公式進行簡單的推導可得出如下結論：

串聯時：

并聯時：

這樣一來并聯使得繼電器的輸入容量比串聯時擴大了4倍。

通過上述理論計算可以看出，對于單臺電動機的零序接地保護而言，如果由2根電纜供電其零序CT二次回路的接線并非串并聯均可，而是應通過對零序CT的直阻和保護裝置的直阻進行精確測量，發現裝置的直流電阻遠小于零序CT的直流電阻，由于無法對它們的電抗進行準確測量，我們繼而對部分零序CT二次接線由串聯改為并聯進行通電試驗，檢驗其是否有分流現象發生。試驗結果表明裝置采樣結果非常理想，沒有任何分流現象發生。為了確保萬無一失，我們又對并聯的每只零序CT的二次回路進行極性試驗，保證了極性的準確。

4 結語

本文根據大唐魯北發電有限責任公司6 kV部分高壓電動機存在2根或3根電纜供電的情況，其零序保護的CT使用2個或以上零序CT，且內阻抗和二次負載阻抗不同的實際情況，分析結果為宜采用并聯接線方式。接線改接后保證了繼電保護裝置采樣的準確性和保護動作的可靠性，為魯北廠設備及機組的穩定運行創造了條件。

［1］GB/T20840.8—2007 互感器 第8部分：電子式電流互感器［2］Q/GDW446—2010 電流互感器狀態評價原則

［3］袁季修.電流互感器和電壓互感器.中國電力出版社，2011