零序电流互感器安装工艺引起的保护拒动分析
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
广西电网公司柳州供电局的研究人员单国栋，在2017年第9期《电气技术》杂志上撰文，结合一起 10kV线路因零序电流互感器安装工艺引起越级跳闸事故，详细分析了零序电流互感器在不合格安装下的电流传变特性以及其对电力系统微机保护装置的影响，并结合此次事故情况提出了此种情况的应对措施。
随着区域电网之间的互联，主网架构的加强和配网之间的改造，新型保护装置的大量使用，保护装置之间的配合显得尤为重要。电流互感器作为一次电流的转变工具，对保护装置的正确动作起到关键的作用。中低压系统中由于电流互感器引起的保护拒动和越级跳闸事故频频出现。
下面结合我局近期发生的一起10kV线路接地故障，线路零序电流保护拒动而造成接地所变保护越级联跳主变低压侧及分段开关，分析零序电流互感器安装工艺对继电保护装置的影响以及相应的应对措施[1]。
1 系统图及开关动作情况
图1 110kV蝴蝶站主变低压侧系统图
110kV蝴蝶站低压侧10kV系统为小电阻接地系统，其一次接线图如图1所示。各开关的动作情况如表1所示。蝴蝶站#2接地所变零序过流Ⅰ段I、Ⅱ时限动作，低压侧902开关跳闸；10kV分段900开关跳闸；10kVⅡ段母线的馈线开关均无跳闸；10kVⅡ段母线失压[2]。
表1 各开关保护定值及开关动作情况
2 设备检查、试验及零序互感器分析
2.1 设备检查及试验
现场检查蝴蝶站10kVⅡ段母线上的各出线间隔保护装置均未发现异常情况；对10kVⅡ段母线进行检查，也未发现异常情况。经调度同意，对10kVⅡ段母线上的出线间隔进行试送电，值班员在试送电过程中，10kV祥和名邸线904线路保护过流Ⅰ、Ⅱ段动作，跳开904开关，其它间隔试送正常。
针对这种情况，向调度申请停电对10kV祥和名邸线904馈线保护装置进行检查，经保护装置定值校核、二次回路通电及开关传动检查，保护装置与二次回路绝缘及直流电源无异常情况。对祥和名邸线904线路 CT 一次升流变比及特性测试均合格；对零序CT一次升流发现，零序CT存在严重的变比传变误差[3]。
2.2 零序电流互感器试验分析
从试送电过程中故障情况和馈线动作情况来看，零序电流互感器可能存在问题。由此，工作人员对零序电流互感器进行了一系列试验。
如图2所示为打开开关柜后柜的零序电流互感器的安装图。
图2 零序电流互感器安装图
经检查零序电流互感器接线正确，电流回流线未穿过零序电流互感器中心孔。
2.2.1未拆除零序CT时进行一次升流试验
工作人员在端子排上将电流连接片打开，使用短接线短接零序CT二次接线端子，使用硬导线穿过零序CT中孔，进行3次一次升流试验，使用电流钳表测量二次侧电流数值如表2所示。
表2一次侧和二次侧电流数据
根据表2的数据，零序CT变比接近550/5,与铭牌标示变比150/5不一致。在零序CT本体二次接线柱拆除接线，从线头向保护装置注入电流，进行二次侧升流，保护装置显示值和所加电流值一致，二次回路正确。
2.2.2拆除零序CT进行一次升流试验及零序CT伏安特性试验
撬开CT底座水泥后，发现CT两部分连接存在一定程度松动。将零序CT从柜内拆除后，重新安装拧紧后进行3次单体升流试验，变比与铭牌显示相符，具体试验数据如表3所示：
表3 一次侧和二次侧电流数据
依照零序CT连接部分安装紧固与松动两种情况进行零序CT伏安特性曲线测试，测试结果如图3所示：
图3 两种情况下的零序CT的伏安特性
从伏安特性测试结果来看，当零序CT两部分没有紧密结合时，伏安特性会变得很差，零序CT二次带负载能力减弱。随着负载的增加，零序CT电流传变特性会显著变差[4]。
2.2.3将零序CT重新装入柜内测试
做完相应的零序CT试验，工作人员将两半的零序CT装上，重新拧紧。重新安装后的零序CT如图4所示。
图4 零序电流互感器安装图
将互感器二次接线端子短接，不接二次线，向零序CT一次注入电流，测得二次侧的数据如表4所示：
表4 一次侧和二次侧电流数据
将互感器接入回路，向零序CT一次注入电流，保护装置显示数值如表5所示：
表5 一次侧和二次侧电流数据
以上数据显示，零序CT重新装入后，变比及回路正确，保护装置显示值正确。
2.2.4补充试验
为了进一步分析影响零序CT变比的原因，工作人员使用同一型号的零序CT模拟安装不牢固时的升流试验。
（1）不带二次负载时试验数据如表6所示：
表6 一次侧和二次侧电流数据
（2）模拟现场实际零序CT的工作状态，在零序CT二次电缆接线盒处，使用电缆接入相同类型的南自保护装置，在装置背板处用短接线将零序回路短接，带负载（电缆电阻0.7欧姆）进行测试，试验数据如表7所示：
表7 一次侧和二次侧电流数据
从理论上分析，开口型零序CT铁心由两部分组成。如果两部分之间未能紧密接触，存在间隙；间隙由一些异物及空气组成，其磁导率近似于真空磁导率，而铁芯磁导率远远大于真空磁导率，则间隙中的磁阻远远大于铁心的磁阻，这对磁通分布有很大影响。
电流互感器中的大部分电流用于产生相应的磁通，导致二次侧电流偏小，产生类似于互感器饱和的情况。从而导致CT变比的严重误差[5]。
通过上述试验，在零序CT安装不牢固时，将会影响零序CT伏安特性及变比，当不带二次负载时，电流变比在误差变化许可范围内；当带二次负载时，电流变比存在严重误差（电流变比明显偏大），试验结果与未拆除零序CT时一次升流的结果相近[6]。
3 故障分析及应对措施
此次事故由于线路发生接地短路时，保护装置采集到的零序电流数值未能正确的反应实际零序电流值而拒动，进而引起#2接地所变保护越级跳闸。
如图5，#2接地所Z2开关跳闸波形图看出，2016-11-05 06:34:03 541ms,#2接地所变Z2所用变保护装置高压零流I段启动，故障零序电流为10.70A。故障发生时，A、B、C三相电压、电流发生畸变，零序电流有效值达到10.70A，其持续时间至2016-11-0506:34:05 810ms。持续时间达到2269ms，达到保护整定值。X3:5-6/7-8动作出口跳#2主变低压侧902开关，#2M分段。10kV出线间隔无任何动作报文。
图5 #2接地所变故障录波波形
如图6，10kV祥和名邸线904开关跳闸波形图看出，2016-11-05 08:23:14 887ms，10kV祥和名邸线904线路保护过流I、II段保护启动；2016-11-05 08:23:15211ms，10kV祥和名邸线904线路保护过流I、II段保护动作 (动作相对延时324ms,过流I、II段保护时间定值为0.3s，故障电流值为114A，保护定值30A)。从波形来看，先为两相接地故障，进而发展为三相接地，零序电流有效值仅仅为0.4A，达不到保护动作值。
图6 904故障录波波形
4 结论
通过对此次事故的分析，对同型号的零序CT安装时，应考虑安装工艺及规范性，在零序CT安装完毕，必须进行实际的零序CT带负载一次升流及伏安特性试验，确保装配良好，变比正确、容量满足要求、二次回路正确。保证保护装置动作的正确性和选择性，确保电网安全、稳定运行[7]。