一例直流兩點接地導致的保護誤動分析

楊 奇

（山西潞光發電有限公司，山西 長治 046699）

0 引言

2017年6月某火電廠3號灰場變高壓側綜合保護測控裝置（以下簡稱“綜保裝置”）運行中發“低壓側零流開入”動作信號跳變壓器高壓側開關，低壓側開關欠壓脫扣動作斷開。該灰場變為D/Yn-11接線，高壓側接10 kV高壓公用母線，低壓側接380 V灰場動力中心PC（power center）段。低壓側中性點安裝變比800/1的零序電流互感器T3，T3二次側接電流繼電器LJ，LJ常開接點經二次電纜接入北京四方CSC241變壓器綜保裝置開關量輸入回路（以下簡稱開入回路）DI5，開入回路電源直接取自DC110 V直流母線支路空開，如圖1所示。

1 故障檢查

1.1 綜保裝置檢查

檢查綜保裝置動作報文如下。

a）2017年6月22日06時03分02.682秒保護啟動。

b）2017年6月22日06時03分03.692秒低壓側零流開入動作。

綜保裝置非電量開入動作邏輯如圖2所示，低壓側零序過流繼電器常開接點接入非電量開入DI5，綜保裝置投跳閘，跳閘延時1 s。對比動作報文，保護啟動1 s后開關跳閘，與保護設定值一致，判斷綜保裝置動作正常。

查看保護動作時裝置的故障錄波記錄，保護動作前后變壓器高壓側三相電壓、電流均運行正常，無突變現象，且對變壓器低壓側及PC段母線絕緣檢查正常，因此判斷變壓器低壓側無真實接地故障。

1.2 零序電流回路檢查

測量電流互感器值阻、變比正常，回路接線與圖紙一致、絕緣滿足要求。電流繼電器LJ設定值1 A、無延時，校驗繼電器動作值、動作時間與設定值一致。檢查LJ常開接點接入綜保裝置開入DI5的二次電纜絕緣低（1 000 V搖表絕緣為0 MΩ），查找電纜在穿入開關柜處絕緣外皮破損導致線芯接地，且破損已有一段時間，但綜保裝置一直未動作，直流系統也未發接地報警。

1.3 直流接地檢查

因灰場變綜保裝置跳閘前，接帶該綜保裝置的直流母線發接地報警，查找發現直流分屏二的27號支路（與3號灰場變綜保裝置接于同一DC 110 V直流母線）因下雨進水發生正接地，接地電阻最低為3 kΩ。綜合上述開入DI5回路接地，判斷直流系統兩點接地致零序過流開入接點導通，變壓器綜保裝置動作。

1.4 保護原理分析

開入DI5回路接地（假設接地電阻R’），同時同一母線其他支路發生正接地，如圖3所示，兩個正極接地點溝通正電源與開入DI5。綜保裝置判斷為低壓側零流開入接點導通，滿足動作邏輯跳高壓側開關。

2 綜保裝置開入回路檢查

直流分屏二的27號支路接地點處理后，DI5外回路依舊接地，但直流正負母線對地絕緣恢復正常，測量DI5對地電壓約-2 V，對負極電壓約56 V，將DI5外回路二次線甩開后測量DI5對地電壓、對正極電壓均接近于0 V。因無法解釋DI5所測量到的電壓，結合直流系統絕緣監測儀正負極對地電壓分析如下。

2.1 直流系統絕緣監測儀平衡電橋原理

直流系統絕緣監測儀利用平衡電橋測量母線對地絕緣電阻，平衡電橋原理如圖4所示[1]，固定電阻R1與R2相等，兩者之間有一接地點。直流系統無接地時，V1、V2對地電壓分別為額定直流電壓的一半，DC 110 V直流系統工作電壓為116 V，正常運行時正極對地電壓+58 V，負極對地電壓-58 V。

DI5與負極公共端通過內部電路相連，其輸入端無接線或者接線回路絕緣正常時，DI5對地電壓為0 V，而非-58 V。可推斷裝置內部可能有二極管電路將DI5輸入回路反向截止。DI5外回路經R’電阻接地，DI5對地電壓-2 V、對負極電壓56 V實際為DI5至地之間電阻R’分壓-2 V，DI5至負極之間電路分壓56 V。

2.2 綜保裝置開入回路原理

因DI5回路接地時直流系統無法檢測，將綜保裝置開關量輸入電路分解如圖5所示，9個開入接點DI1至DI9為輸入110 V正電源，公共端為110 V負電源。每一開入回路為光耦P627與穩壓二極管D并聯后與電阻R，穩壓二極管ZD1、ZD2串聯，正負電源之間并接氧化鋅壓敏電阻Rv。

查詢電子元器件手冊：電阻R為36 kΩ，ZD1型號為1N4751，穩壓值30 V；ZD2為1N4753，穩壓值36 V；D為1N4007，反向直流電壓＞1 000 V，正向電壓1 V；Rv為氧化鋅壓敏電阻TVR07361，最大直流電壓300 V，參考電容190 pF，最大峰值電流1 200 A。P627光耦反向電壓為1 V，正向壓降約0.7 V。開關量輸入電路正負端加入不同等級的直流電壓測量各元器件分壓如表1所示。

表1 開入回路各元器件電壓值V

從表1可得出：所加電壓小于64 V，1N4751與1N4753關斷，電壓降均在此兩個穩壓二極管；電壓大于68 V時，1N4751與1N4753導通，分壓穩定在66 V，與元器件的穩壓特性一致，1N4007并接光耦分壓接近于1 V并維持不變，直至電壓升高至直流工作電壓116 V，剩余的電壓由36 kΩ電阻R承擔[2]。

根據對開入電路特性的分析，公共端接DC110 V負電，DIn輸入端懸空，穩壓二極管1N4751、1N4753兩端無電壓，工作在截止狀態，因此DIn端檢測不到-58 V電壓。DIn輸入回路直接接地時，DIn對負極公共端電壓+58 V，小于1N4751與1N4753的穩壓值66 V，不滿足其反向導通條件，所以在DIn回路接地時，絕緣監測儀無法檢測到直流接地。

3 直流接地對保護裝置開入回路設計的影響分析

直流系統發生一點接地，不會產生短路電流，可繼續運行。但接地點未及時處理發展為兩點接地，就有可能引起繼電保護裝置的誤動或拒動等嚴重事故。一般動作觸點接正電源，出口中間繼電器線圈、跳合閘線圈或開入電路接負極電源，當線圈或電路正端與正電源兩點同時接地會造成保護裝置誤動，如本文中案例分析。當線圈或電路正端接地，同時又發生直流負極接地時，兩接地點會將線圈或電路兩側短接，此時保護動作接點接通后線圈或電路無電壓，就可能造成保護拒絕動作，越級擴大事故，甚至引起直流空開跳閘或熔絲熔斷，還可能燒壞繼電器觸點。

直流正極或負極接地時，絕緣監測儀能檢測到母線電壓絕緣降低或支路接地，發出聲光報警提醒運行人員及時檢查。本文案例中開入電路正端接地，直流系統無法檢測，此時再發生直流正極或負極接地會嚴重影響繼電保護裝置的安全運行，因此，建議直接使用DC110 V或DC220 V直流母線支路作為開入電路電源時，應特別注意與直流系統絕緣監測儀中正負極對地電壓檢測的配合。若本例中CSC241裝置開入回路穩壓二極管反向導通電壓設計小于58 V，則在回路正端接地時，直流系統可檢測到接地點，但不滿足反措規定的“光耦開入的動作電壓應控制在額定直流電源電壓的55%～70%”，且開入回路正端接地時會導致保護裝置誤動作。針對光耦回路，可在裝置內部將DC 110 V或DC 220 V電源轉換為24 V等遙信開入電源，但需要考慮專用遙信電源的穩定及可靠性，且存在外回路接地時不能及時發現的問題。

此外可在開入回路增加中間繼電器，使繼電器的動作電壓滿足55%～70%的動作要求，繼電器的接點輸出至開入采集電路，以國電南京自動化股份有限公司（以下簡稱“南自”）DGT801保護裝置開入量電路為例，如圖6所示，開入電路接5W-9K1J電阻與RTE24048繼電器線圈，然后由繼電器的接點接入光耦回路。

4 結論及建議

DI5開入回路與直流正電源兩點同時接地是本次事故的直接原因。DI5外回路接地時無法導通穩壓二極管1N4751與1N4753，直流絕緣監測儀未能及時檢測到接地點，間接導致了本次事故的發生，因此，應在日常檢修維護中加強對直流電源回路、開關量回路的絕緣檢查，及早發現、處理回路接地問題[3]。

單純使用穩壓二極管的光耦開入回路，動作電壓過大或者過小均會給繼電保護裝置安全穩定運行帶來隱患[4]，因此，光耦開入回路的設計應采用遙信開入電源、加裝中間繼電器等方式，綜合考慮動作電壓與開入正端接地時絕緣監測儀能及時檢測的要求。