内蒙古京隆发电有限责任公司（以下简称京隆公司）在基建调试过程中，低压厂用电框架断路器（ABB（中国）有限公司生产）接地保护功能出现保护误动情况。经分析，认为电气一次系统接线不满足框架断路器保护的原理及使用要求，电气一次系统断路器极数选择存在问题，部分N线（零线）、PE线（接地线）混用导致保护存在拒动或误动隐患，被迫退出该项保护。若负荷发生接地短路故障，则可能发生线路越级跳闸事故。

为解决上述问题，需对低压厂用电一次系统进行设计优化和技术改造，分析剩余电流保护应用的注意事项，以便提高低压厂用电系统的供电可靠性，确保机组安全稳定运行。2 低压厂用电系统及接地保护原理2.1 三相五线制TN-S系统

京隆公司低压厂用电系统采用三相五线制TN-S接地方式。TN-S系统装置的外露导电部分采用保护线与接地点连接，1点直接接地，整个系统的保护线与中性线分开^[1]，系统接线图见图 1所示。

图1(Figure 1)

图 1 京隆公司TN-S系统接线图

火电厂低压厂用电系统广泛使用框架断路器，配置脱扣器保护，其保护有：长延时过流、短延时过流、瞬时过流及接地故障保护。接地保护功能是通过电流传感器检测N线电流与三相电流的矢量和是否为0来判断系统有无剩余电流产生。当保护范围内发生接地故障时，电流的矢量和不为0，当达到保护设定值时，保护动作，经过延时跳闸切除故障^[2]。

在正常运行情况下，电路未发生接地故障或设备漏电时，通过电流互感器的电流矢量和等于0；当电路中发生设备漏电或故障接地时，产生接地电流，通过互感器的电流矢量和不等于0。然而，因为受到线路正常泄漏电流和电流互感器测量误差的影响，实际情况下剩余电流并不为0。通常剩余电流保护继电器动作特性曲线采用反时限，设定剩余电流保护继电器动作电流值时，考虑正常情况下线路的泄漏电流与电流互感器测量误差，使剩余电流动作保护继电器在正常情况下不会误动作^[3]。3 保护误动原因分析及采取的措施3.1 N线、PE线混用

经现场检查测试，京隆公司部分PC段N线与PE混接，不满足剩余电流型保护的原理及使用要求。当系统发生接地故障时，故障电流不能按正确路径流回变压器中性点，致使保护装置检测结果存在偏差，存在发生接地保护误动或拒动的可能性。

采取的措施：普查全厂低压厂用电400V系统的N线、PE线接线情况，对配电段零线端子排（N排）不规范、重复接地，N线、PE线混接的情况做好记录。在机组检修设备停电时，对发现的问题进行了整改，将动力、控制回路用的N线接入零线端子排，将盘柜、装置等用的PE线接入地线端子排（PE排）。整改后测试N线回路，没有杂散电流；发生接地故障时，故障电流能按正确路径流回变压器中性点。3.2 剩余电流互感器接线不正确

框架断路器脱扣器控制单元的接地保护外接专用电流互感器，用于检测中性线电流。经检查，有部分电流互感器极性不正确，存在接地保护误动或拒动的可能性。

应通过试验验证框架断路器外接电流互感器极性与内置电流互感器极性是否相同，如断路器为上进线接线方式，内置电流互感器P1侧为负荷侧，P2侧为电源侧，则外置电流互感器P1侧连接负荷侧，P2侧连接电源侧；如断路器为下进线方式，内置电流互感器P1侧为电源侧，P2侧为负荷侧，则外置电流互感器P1侧连接电源侧，P2侧连接负荷侧^[4]。

当外接电流互感器极性接反时，若有不平衡电流流过，流过相线的电流和流过中性线的电流同相，造成不平衡电流矢量和不为零（约为不平衡电流的2倍），该叠加电流达到接地保护定值，会造成接地保护误动作。

采取的措施：普查全厂低压厂用电400V系统剩余电流型保护外接电流互感器接线情况，对接线错误的装置做好记录，在机组检修设备停电时，对发现的问题进行了整改，将外接电流互感器与内置电流互感器同极性安装。整改后，当有不平衡负荷电流流过时，未发生误检测零序电流的情况。3.3 三极断路器配置不当影响剩余电流保护

京隆公司PC配电段进线断路器、母联断路器和双电源切换断路器均为三极断路器，存在接地保护误动或拒动的可能性。3.3.1 母联断路器极数对剩余电流保护的影响

母联三极断路器合闸、分闸时剩余电流回路如图 2所示。当PCA段进线断路器合闸，PCB段进线断路器分闸，母联断路器合闸时，母联断路器若采用三极断路器，则A点与B点连接，中性电流I_n在A点将分为I_n1和I_n2两路电流。由于I_n2的分流，则流过PCA段进线断路器的电流矢量和不为0，当I_n2足够大时，可使PCA段进线断路器脱扣。为了避免由于2台变压器中性线相连接，引起中性电流分流，导致进线断路器误动作，母联断路器应为四极断路器。

图2(Figure 2)

图 2 母联三极断路器合闸、分闸时剩余电流回路

当2台变压器进线断路器合闸，母联断路器分闸时，母联断路器若采用三极断路器，由于A点与B点有电位差，2台变压器中性线电流相差越大，则A点与B点电位差越大，产生如图 2中红色虚线框所示的中性电流环流，中性电流环流使A点与B点电位差为0。中性电流环流使流过PCA段和PCB段进线断路器处的电流矢量和不为0，环流足够大时，可使PCA段和PCB段进线断路器脱扣。

为了避免由于2台变压器中性线相连接，引起中性电流分流，导致进线断路器误动作，母联断路器极数应为四极。3.3.2 进线断路器极数对剩余电流保护的影响

当PCA段进线断路器分闸，PCB段进线断路器及母联断路器合闸时，中性电流I_n在A点，分为I_n1和I_n2两路电流。因I_n1的分流作用，流过PCB段进线断路器的中性电流减少，流过保护单元的电流矢量和不为0，当I_n1足够大时，可使PCB段进线断路器跳闸。因为PCA段进线断路器为三极断路器，2台变压器中性线连接产生分流，导致PCB段进线断路器误动作，进线断路器极数应为四极。

进线断路器为三极断路器时剩余电流回路如图 3所示，接地故障电流I_f经保护接地极R_A和工作接地极RB到达变压器中性点接地母排。I_f在中性点接地母排处分为I_f1和I_f2两路电流，I_f1经PCA段中性线、1号进线断路器中性线连接器、A点和B点、PCB段进线断路器中性连接器，在PCB段中性点与I_f2汇合成I_f。因PCA段进线断路器为三极断路器，I_f分流产生I_f1，流过保护单元的电流矢量和减小，使PCB段进线断路器可能存在拒动。若PCA段进线断路器改为四极断路器，使其不产生分流，I_f流经PCB段进线断路器，流过保护单元的电流矢量和使接地保护正确动作，其相应断路器脱扣。

图3(Figure 3)

图 3 进线断路器为三极断路器时剩余电流回路图

利用剩余电流保护PC进线断路器、母联断路器和双电源切换断路器时，应采用四极断路器，能有效消除杂散电流，利于系统隔离和单相接地短路保护的配置。

在新增配电设备中母联断路器、MCC进线双电源切换断路器选用四极断路器进行试验，防止运行中环流的产生，避免在接地故障发生时接地保护不正确动作。整改后测试零线回路，没有杂散电流；模拟试验发生接地故障时，故障电流能按正确路径流回变压器中性点。3.4 保护整定不合理

京隆公司PC、MCC配电段部分下级末端负荷未配置接地保护，只有过流脱扣器。发生接地故障时由于部分断路器过流保护灵敏度不够，不能及时切除故障；上级断路器配置的接地保护装置检测到故障电流达到定值时将动作跳闸，虽然切除了故障，但越级跳闸扩大了停电范围。

采取的措施：逐段重新核算低压断路器保护定值。按照低压厂用电保护配置原则，使负荷断路器本身速断保护或零序保护与上级断路器的零序保护相配合，满足接地故障时继电保护的选择性，从而尽可能避免负荷接地造成的越级跳闸^[5]。实施过程中需注意：

（1）定值单上下级定值和时间的配合；

（2）定值单与现场实际整定一致，因为塑壳断路器部分型号TM脱扣器速断保护定值为固定值，无法按定值单调整；

（3）更改后需要模拟和带实际负载进行试验，以免发生保护误动或拒动现象。

重新核算、调整末端负荷过电流保护定值和正确选择断路器脱扣器容量后，再未出现发生接地故障时保护越级跳闸的问题。4 建议

本文通过对京隆公司低压厂用电系统接地保护存在问题的分析和整改，总结出影响低压厂用电系统接地保护正确投入的若干因素供同行参考。剩余电流保护可有效地应用于IT、TT和TN-S系统中，在TN-CS系统中可应用于N与PE相互独立的部分。但该功能不能应用于TN-C系统及TN-CS系统N与PE混接部分，因为TN-C系统的N线与PE线是合二为一的。剩余电流保护在实际应用中要注意以下几点：系统N线、PE线接线应规范，N线与PE线不能混接；TN-S系统只在变压器中性点一点接地，不能重复接地；要充分考虑三极断路器对接地保护的影响，TN-S系统进线及母联断路器应采用四极断路器；保证剩余电流互感器的极性和接线正确性；当过流保护灵敏度不足时要配置接地保护，不能用过流保护代替接地保护，防止越级跳闸。

已投产电厂应针对本厂实际情况对低压厂用电系统接地保护进行隐患排查，如存在问题应利用设备停电机会整改；新建电厂在设计、施工阶段应重视低压系统接地保护的选型和正确投入问题。