干變低壓側零序CT的安裝位置對于接地故障保護的影響

摘要：三門核電一期工程的電氣部分由多家設計單位負責設計、施工，使得現場10kV干式變壓器低壓側的零序CT安裝位置出現差別，甚至錯誤。文章從工程現場的實際接線以及保護的配合及靈敏度核算進行分析，確定其對于保護的影響及糾正措施。

關鍵詞：零序CT；安裝位置；接地故障

中圖分類號：TM645 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）15-0066-02

三門核電一期工程的核島、常規島、BOP的10kV干式變壓器（以下簡稱“干變”）及低壓系統由不同的設計院進行設計，制造廠家以及建安單位也不相同，因此多種因素導致了干變低壓側的零序CT的實際安裝位置存在差異甚至錯誤。且在調試過程中常使用外部電源線穿過零序CT，來測試CT及保護動作特性，因此其安裝的實際位置在調試過程中往往容易被忽略，甚至部分錯誤的接線方式在投產后也未被及時發現，給設備的安全運行帶來了隱患。本文就工程實際中發現的幾種典型接線進行分析，并給出糾正方案。

1 典型接線工作原理

對于典型的接線如圖1所示，當下游負荷的相線碰外殼接地故障后，一部分電流隨著設備外殼接地線，然后經過接地電網再從干變中性點返回系統，另一部分電流通過接至設備外殼的PE線返回系統。二者的電流分配取決于回路上的電阻，通常從接地網返回系統的電阻要大于經過PE線返回系統的電阻。故障電流在返回電源的途中經過裝在PE線上的零序CT，因而零序CT可以檢測到故障電流，通過接地保護繼電器跳開干變的高低壓側的開關，切除故障。

2 實踐偏差及糾正

2.1 將零序CT裝設在PEN線

由于干變低壓小室內的低壓側分支母排由變壓器廠家負責設計，因此實際安裝后出現了圖2的接線方式。

對于圖2的接線，在下游負荷正常運行的情況下，N線的不平衡電流依然流過零序CT。因此在故障發生時，除了從PE線以及接地線返回的故障電流外，零序CT檢測到的電流還含有從N線返回的不平衡電流。由于N線的不平衡電流存在，對于保護的靈敏度、動作值都有影響。

以某臺容量為630kVA的干變為例，其最大不平衡電流按照額定電流的25%核算，IN=0.25×=227A，接地故障保護定值

為360A，延時0.4s。對于物理量上升起反應而動作的保護，其靈敏度系數為：

由于疊加了不平衡電流，使得保護的實際動作所對應的故障電流反而是減小了，因此即便在此種接線方式下，當保護定值大于最大不平衡電流時，保護依然可以可靠動作，且靈敏度得到了提高。

此外，對于干變投運后，如果干變低壓側與低壓側進線斷路器上口之間的母排發生相排對N排的短路，由于該故障電流不經過低壓側進線斷路器，那么對于圖1的接線方式，則只能通過干變10kV側的保護動作跳開。而對于圖2的接線，該類型的故障電流將通過零序CT。10kV側過流一段保護電流為4.8In，過流一段動作時間0.02s，過流二段保護電流2.1In，過流二段動作時間0.48s，CT：200：1；由于10kV側為D接，零序電流由于同相位無法從電源流入至干變，所以干變低壓進線斷路器上口相對N短路的故障電流，在10kV側只能反映為正序和負序電流，依靠過流保護動作。若故障發展較為緩慢，則干變低壓側零序保護早于10kV側的過流二段動作，動作出口跳開高、低壓側的斷路器。

以秦山核電廠30萬千瓦機組為例，該廠的配電變壓器的中性點側的零序CT安裝方式即為圖2的接線方式，再參考國內其他電站，該接線方式的運用也較為廣泛。

2.2 不能反映全部接地故障的接線與糾正

工程現場中除了常見的將零序CT安裝在變壓器小室里，還有在低壓開關柜內安裝的零序CT，當干變的低壓母排與低壓柜的母排對接后，PE線安裝位置也有考究，在實際工程中出現了多臺如圖3的接線問題：

對于圖3的接線方式，當下游發生相線接地后，故障電流部分通過變壓器小室的PE線返回系統，而位于低壓進線柜的零序CT只能檢測到經過PE排返回系統的部分故障電流以及正常負載時的不平衡電流，無法檢測從變壓器小室接地點直接返回系統的故障電流。該情況下使得零序保護實際動作值大于故障處的電流，甚至存在拒動的可能。例如2005年12月10日的遼陽石油化纖公司化工一廠的3T變壓器，發生了變壓器低壓側進線斷路器之前的單相接地，但零序CT不能反映故障電流，從而導致保護未正確動作，最終導致變壓器損壞，并返廠返修。同時，故障處的電弧放電也將變壓器低壓側進線斷路器損壞。

因此，在核對了已經投產變壓器的接地保護定值高于最大不平衡負荷電流后，將變壓器停役，然后將變壓器小室的PE線拆除后，再將PE線接至低壓柜進線柜（圖4），該問題得到了解決。

此外，圖5的接線方式使得接地故障保護不能反映從PE母排返回的故障電流，因此需要將零序CT安裝在PE母排與N排之間（如圖1）。圖6不能反映從接地網通過變壓器小室PE線返回至系統的故障電流。因此可將接地點從PEN排拆除，參照圖1進行糾正。

3 結語

干變低壓側零序CT的實際安裝位置往往容易被忽略，然而它對于接地故障保護的實際功能有較大影響，在實際的工程應用中也發生過因為零序CT位置安裝錯誤導致的變壓器、斷路器損壞事故。其中對于安裝在PEN線上的零序CT，其靈敏度要比安裝在PE線上要高，且能能夠反映低壓側進線斷路器之前的相線對N線的故障。但是其他幾種典型錯誤，應避免。因此對于已經投產的設備可以自查，更重要的是在設計、建安和調試階段可以借鑒。

參考文獻

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作者簡介：潘永成（1987—），男，江蘇灌云人，中核集團三門核電有限公司助理工程師，研究方向：發電廠電氣調試生產。