35kV开关保护装置零序电流异常的分析诊断

摘要：本文以苏州轨道交通2号线一起35kv开关保护装置零序电流异常事件为例，详细介绍了从零序电流的发现、分析诊断到最终解决的整个过程，为分析、处理类似的问题提供了较好的实践经验。

关键词：变电所 35kV 零序电流 异常

中图分类号：TM63文献标识码： A

一、苏州轨道交通2号线供电系统概述

苏州轨道交通2号线供电系统为2号线所有的牵引、动力、照明等用电负荷提供电能，它采用集中式110/35kV两级电压供电，采用牵引、动力照明混合网络的供电方式，全线共设清塘、施家2座110kV主变电站，每座主变电站设2路110kV进线。全线设23座35kV变电所，每座变电所均有两回进线，采用单母线分段接线。110/35kV主变压器连接组别为YNyn0+d11，110kV侧中性点接地方式为避雷器加保护间隙，35kV侧中性点接地方式为小电阻接地；35/1.18kV整流变压器连接组别为Dd0/Dy11；35/0.4kV动力变压器连接组别为Dyn11。

二、问题发现

由于35kV整流变压器、动力变压器高压侧均采用三角接法，正常运行时，低压侧产生的零序电流在高压侧三角中形成环流，三相电流大小应基本一致， 35kV开关的保护装置不应该检测到有零序电流。

鉴于兄弟地铁曾出现过35kV开关零序电流保护误动作的事件，供电人员一直将35kV开关的零序电流，作为一个巡视项目进行重点监控。2号线试运行初期，供电人员在巡视时发现，多个35kV开关的保护装置显示检测到零序电流，电流从几安到十几安不等，大小与相电流基本一致，且随相电流的变化而变化。因2号线运行初期负荷电流较小，未达到零序过流保护动作值，故零序电流保护未动作，但若用电负荷增大或供电方式调整，则极有可能引发零序过流保护动作，造成开关跳闸，因此供电专业对此问题十分重视，马上组织技术人员进行检查。经供电人员检查，并未发现一次设备故障，零序电流出现的原因应是电流采样回路故障。

三、初步分析

2号线35kV开关采用C-GIS，三相各设置一个穿心式电流互感器，精度为5P20，互感器安置在位于后柜的电缆室内。互感器引出线通过前柜下方的试验端子后，一端并联接地，另一端接至保护装置。如下图所示,其中F650为保护装置，1CT、2CT、3CT分别为A、B、C三相的电流互感器，X1为电流测试端子，其中X1的4、5、6、7端子通过短接片相连：

图1

该保护装置的零序电流是实际测量得出的,根据运营经验，一般在一次回路无故障的情况下，35kV开关保护装置产生零序电流主要有以下几个原因：

1、电流互感器故障

2、二次电流采样回路导线接触不良

3、保护装置测量回路故障

4、电流互感器极性接反

5、电流互感器或保护装置精度造成的误差

其中，第1、2、3种情况出现时，都有一个共同的特点：某相电流为0A，零序电流等于其它两相电流之和，也就是大小与其它两相基本一致，但与其它两相成60度夹角，如下图所示。

图2

在第4种情况出现时，则三相均有电流，零序电流大小是相电流的2倍，方向与极性接反相的相电流一致，与其它两相电流成60度夹角。

图3

在第5种情况出现时，零序电流应较小，且在相电流增大时会消失。

从本案例的故障现象看，A、B、C三相及零序电流大小基本一致，与上述第1、2、3、4种情况的故障现象均不同，因此，这四种可能性可以排除。第5种情况下，零序电流大小应明显小于其它三相电流，现场观察发现零序电流与其它三相电流大小基本相等，因此这种可能性也基本可以排除。

分析显示，可能有供电人员不曾遇见的第6种故障情况。

四、检查试验

为了进一步查明原因，供电人员对出现该故障的某35kVGIS进行了停电检查。检查方法是通过流互试验端子对保护装置施加电流，观察保护装置电流的变化情况。使用的仪器是三相继电保护测试仪，可同时输出三相电流。A、B、C相电流输出分别接在X1的1、2、3端子上，N接地线。该开关柜内电流互感器变比为400/1，检验分三步进行：

1）A、B、C三相同时加流，三相电流大小相等，相位互差120。。

输入二次电流值（A） 保护装置显示一次电流（A） 备注

A B C A B C 零序

0.02 0.02 0.02 8 8 8 8

0.03 0.03 0.03 12 12 12 12

0.04 0.04 0.04 16 16 16 16

2）A、B、C三相分别加流。

输入二次电流值（A） 保护装置显示一次电流（A） 备注

A B C A B C 零序

0.02 10 0 0 10

0.02 0 0 0 0

0.02 0 0 0 0

3）两相同时加流，电流大小相等，相角相差120。。

输入二次电流值（A） 保护装置显示一次电流（A） 备注

A B C A B C 零序

0.02 0.02 0 0 0 0

0.02 0.02 0 8 8 0

0.02 0.02 0 0 0 0

五、问题分析

从检查结果可以看出，单独对保护装置的B相或C相加流时，保护装置无电流显示；A、B两相或A、C两相同时加流时，保护装置也无电流显示；对B、C相同时加流时，保护装置有电流显示。为了进一步分析故障原因，在三相同时加流的情况下，试验人员对A、B、C相电流大小分别进行调整，发现零序电流大小和A相电流始终一致，与B、C相电流大小无关。由此可以得出以下结论：单独对B相或C相施加电流时，电流不能进入保护装置或进入的电流很小以至于不能显示；A相电流输入正常；B、C相电流不能进入保护装置的零序电流测量元件；B、C相电流同时输入时可以构成电流回路，但电流不经过保护装置的零序电流测量元件，等效电路如下：

图4

经技术人员详细检查，发现电流测试端子的短接片与电流端子接触不良，导致X1:4与X1:5端子之间的连接断开，是引起本次故障的原因。

六、处理

针对该情况，供电技术人员制定了以下处理措施：

1、对全线所有变电所35kV C-GIS的电流测试端子进行重新检查、紧固，并对紧固后的端子进行检测，对部分经紧固仍无法使用的端子进行更换。

2、利用供电系统复示终端每天对全线110kV、35kV保护装置的三相电流、零序电流进行观察，发现异常立即处理。

经检查，全线35kV C-GIS零序电流异常的现象全部消除，持续观察也未再次发现。

七、总结

国内地铁多次发生因电流采样回路故障导致开关跳闸的事件，且多发生在开关倒闸操作、运营高峰、大负荷用电设备投用等关键时候，对地铁的安全稳定运营造成了较大影响。其实，只要运营人员注意观察、善于总结发现，并制定针对性的预防措施，此类问题完全可以在故障初现端倪时予以解决，避免造成进一步影响。

参考文献

[1] 中性点不接地系统单相接地故障零序电流分析，2003，王德江、梁清华、王晓明。