沙澎

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063000）

前言

剩余電流保護(hù)器(RCD)作為有效防止人身觸電的附加防護(hù)措施，已被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)生活當(dāng)中。RCD 在彌補(bǔ)低壓電網(wǎng)及電氣設(shè)備直接接觸防護(hù)、間接接觸防護(hù)等防觸電措施不足的同時(shí)，由于剩余電流動(dòng)作保護(hù)器對(duì)接線正確性要求較高，在安裝過(guò)程中接線不規(guī)范導(dǎo)致其誤動(dòng)作跳閘影響系統(tǒng)正常供電的事件屢屢發(fā)生，且故障查找較為困難。結(jié)合變電站測(cè)量系統(tǒng)交流電源異常動(dòng)作的事故案例，從開(kāi)關(guān)選型、系統(tǒng)架構(gòu)、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分析、保護(hù)功能及動(dòng)作原理等多角度分析變電站測(cè)控系統(tǒng)的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的異常動(dòng)作產(chǎn)生原因，并提出改進(jìn)措施和工程實(shí)用性建議。

1 改造背景及故障現(xiàn)象

某變電站內(nèi)的3 臺(tái)變壓器端子箱內(nèi)的380 V 開(kāi)關(guān)為閘刀開(kāi)關(guān)，為了防止電氣設(shè)備在運(yùn)行故障時(shí)發(fā)生人員間接接觸傷害以及防止因電氣設(shè)備或電纜持續(xù)接地故障電流引起的火災(zāi)。將變壓器室內(nèi)的低壓380 V閘刀開(kāi)關(guān)升級(jí)改造為剩余電流保護(hù)器。

升級(jí)的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器4 月份投入運(yùn)行后，在冬季連續(xù)發(fā)生了2 次3 臺(tái)變壓器剩余電流保護(hù)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作,1 次2 臺(tái)變壓器剩余電流保護(hù)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作。發(fā)生跳閘后對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了試送電，均試送成功。

2 系統(tǒng)正常泄漏電流及RCD的選用分析

該變電站380 V 低壓配電系統(tǒng)為TN-S 系統(tǒng)（如圖1），該系統(tǒng)為電源側(cè)變壓器中性點(diǎn)直接接地，工作零線和接地線是分開(kāi)的，N 線為工作零線，PE 線為接地線，即設(shè)備外殼連接到PE線。

此開(kāi)關(guān)所帶的負(fù)荷有：220 kV 中性點(diǎn)電機(jī)、110 kV 中性點(diǎn)電機(jī)、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)電機(jī)、免維護(hù)呼吸器、變壓器低壓側(cè)刀閘控制箱等多種設(shè)備。

圖1 TN-S接線系統(tǒng)

泄漏電流的計(jì)算公式：

額定剩余動(dòng)作電流值＞2×設(shè)備泄漏電流值

中性點(diǎn)電機(jī)功率為0.6 kW×2，有載開(kāi)關(guān)電機(jī)功率為0.75 kW，變壓器低壓側(cè)刀閘控制箱電機(jī)功率為0.55 kW，依據(jù)電動(dòng)機(jī)泄漏電流參考值，電機(jī)1.5 kW 以內(nèi)電機(jī)的泄漏電流約為0.15 mA。電纜使用4 mm2，總長(zhǎng)約為100 m，依據(jù)電線泄漏電流參考值約為5.2 mA。計(jì)算總設(shè)備泄漏電流為5.8 mA。

系統(tǒng)配電方式為三相五線制，因此選用三極四線（3P+N）式剩余保護(hù)電流為300 mA 的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，符合GB/T16895.4-1997標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054 第5.2.9 條規(guī)定，TN系統(tǒng)中配電線路的間接接觸防護(hù)電器切斷故障回路的時(shí)間，配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電技術(shù)的末端線路，不宜大于5 s，因此本次改造使用動(dòng)作時(shí)間為0.1 s的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器。

3 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及周期持續(xù)率分析

變壓器端子箱內(nèi)所帶的低壓負(fù)荷有：220 kV 中性點(diǎn)、110 kV 中性點(diǎn)、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)、免維護(hù)呼吸器、變壓器低壓側(cè)刀閘控制箱等裝置，見(jiàn)表1。

正常運(yùn)行時(shí)三相電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生不平衡電流，220 kV、110 kV 中性點(diǎn)、變壓器低壓側(cè)刀閘操作電機(jī)正常運(yùn)行不會(huì)造成剩余電流保護(hù)器動(dòng)作。

有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)在升級(jí)為剩余電流保護(hù)器后沒(méi)有操作，加熱器長(zhǎng)期加熱運(yùn)行，功率為50 W，額定電流達(dá)不到300 mA，因此有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)同樣不會(huì)造成剩余電流保護(hù)器誤動(dòng)作。

表1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

免維護(hù)呼吸器最大加熱功率為70 W，且常年運(yùn)行，周期穩(wěn)定，約30 天加熱一次。剩余電流保護(hù)器在冬季才發(fā)生跳閘故障，因此排除免維護(hù)呼吸器影響。

3 臺(tái)變壓器的低壓側(cè)刀閘控制箱同在一個(gè)通廊區(qū)域內(nèi)，當(dāng)通廊區(qū)環(huán)境條件達(dá)到控制箱內(nèi)加熱板啟動(dòng)條件后，環(huán)境溫度低于5 ℃或濕度高于80%時(shí)加熱啟動(dòng)，功率為1 kW。各項(xiàng)指標(biāo)均符合剩余電流保護(hù)器動(dòng)作條件。

4 原理及應(yīng)用合理性分析

設(shè)備正常運(yùn)行情況下未有漏電情況，剩余電流保護(hù)器不應(yīng)啟動(dòng)。根據(jù)剩余電流保護(hù)器常見(jiàn)故障分析，檢查開(kāi)關(guān)以下回路后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)零線分流情況，如圖2所示。

圖2 主變端子箱接線錯(cuò)誤

變壓器低壓側(cè)刀閘控制箱內(nèi)加熱器額定電壓為220 V，功率為1 kW，當(dāng)呼吸器加熱啟動(dòng)時(shí)電流約為4.5 A，由于剩余電流動(dòng)作保護(hù)器下的工作零線與備用電源零線連接在一起，形成分流，使得保護(hù)器內(nèi)出現(xiàn)約2.25 A 剩余電流，超過(guò)額定值300 mA，造成剩余電流保護(hù)器誤動(dòng)作。

5 模擬仿真分析與再現(xiàn)

為進(jìn)一步檢驗(yàn)綜合理論分析的正確性，針對(duì)故障現(xiàn)象結(jié)合原因分析，模擬再現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)的生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和激發(fā)因素，開(kāi)展模擬仿真試驗(yàn)。

將1#主變測(cè)控電源投入，檢驗(yàn)所帶負(fù)荷均投入運(yùn)行，檢測(cè)相線負(fù)荷電流A相為0.2 A,B相為零，C相為零，N 線電流為0.12 A,三相不平衡電流約100 mA,運(yùn)行正常。第一步，手動(dòng)投入免維護(hù)呼吸器加熱功能，測(cè)量負(fù)荷電流A 相0.2 A,B 相0.25 A,C 相為0，N 線電流約0.22 A,增量與分析相符，開(kāi)關(guān)未動(dòng)作；第二步，退出免維護(hù)呼吸器加熱功能，手動(dòng)投入控制箱加熱器，開(kāi)關(guān)瞬間跳閘，試驗(yàn)現(xiàn)象與分析相符；第三步，將備用電源N線拆除，重復(fù)第二步操作，開(kāi)關(guān)未動(dòng)作，進(jìn)一步驗(yàn)證了分析的正確性，見(jiàn)表2。

表2 模擬仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)

同樣的試驗(yàn)在2#主變、3#主變測(cè)控系統(tǒng)得到了同樣的試驗(yàn)結(jié)果。

通過(guò)模擬仿真充分驗(yàn)證了分析的正確，找到了問(wèn)題的根本原因。將備用電源N線永久性從N母排上拆除，運(yùn)行至今未發(fā)生跳閘。

6 改進(jìn)措施與建議

根據(jù)以上故障分析及原理驗(yàn)證，針對(duì)剩余電流保護(hù)器的使用和接線提出以下實(shí)施性建議：

（1）TN-C 接線方式，即三相四線制接線方式下，使用剩余電流保護(hù)器時(shí)，須在其輸入端子上方將N 線引出并接到用電設(shè)備的金屬外殼上，以保證防觸電功能有效。

（2）各分配電回路中應(yīng)用剩余電流保護(hù)器時(shí)，要選擇30 mA 以上的保護(hù)電器，以實(shí)現(xiàn)與末端回路有效的級(jí)差配合效果。

（3）中間配電環(huán)節(jié)應(yīng)用三相四線型剩余電流保護(hù)器時(shí)，要保證接入保護(hù)電器的N 線接線正確且回路唯一。

（4）分配電箱內(nèi)存在兩個(gè)及以上電源回路時(shí)，進(jìn)線開(kāi)關(guān)不建議使用漏電保護(hù)器，如需使用須將柜內(nèi)的N母排分列布置，保證各回路相對(duì)獨(dú)立。