10kV三芯電纜屏蔽層接地對零序電流保護(hù)的影響

目前化工企業(yè)的供配電多采用10kV三芯電纜，導(dǎo)致10kV配電網(wǎng)對地電容電流增大。為了防止電纜單相接地故障時發(fā)展成相間故障，在10kV母線上加裝Z型接地變經(jīng)小電阻接地為10kV系統(tǒng)提供中性接地點(diǎn)。當(dāng)10kV電纜出線發(fā)生接地故障時系統(tǒng)中就會出現(xiàn)零序電流，保護(hù)裝置零秒動作切除故障線路。10kV電纜出線柜均配置有零序CT，保護(hù)裝置采用零序CT獲得零序電流。

為了人身及設(shè)備的安全，要求10kV三芯電纜的屏蔽層采用兩端接地方式?？墒?，在施工過程中時常發(fā)生電纜屏蔽接地錯誤，引起零序電流保護(hù)誤動事故發(fā)生。本文通過一起零序電流保護(hù)誤動原因的查找分析，來說明電纜屏蔽層正確接地的重要性。

故障現(xiàn)象

2012年1月份，開閉所10kV泥漿泵電動機(jī)在正常運(yùn)行中發(fā)生零序電流保護(hù)動作跳閘，故障波形如圖1所示。從圖中可知保護(hù)動作前A、C相運(yùn)行電流16.5A（該電機(jī)額定電流為23.2A，分相CT僅配置有A、C兩相），零序電流接近為零；705ms時出現(xiàn)零序電流波形，736ms時零序保護(hù)O1出口動作，此時零序電流達(dá)到穩(wěn)定值39.6A。

803ms時斷路器分閘，A、C相電流由16.5A變?yōu)榱?，奇怪的是零序電流仍然?9.6A沒有變化；從波形上看A、C相電流的波形正常為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，零序電流的波形已經(jīng)嚴(yán)重偏離正弦波形，畸變的電流波形中含有大量的諧波成分。

一般發(fā)生接地故障時會出現(xiàn)故障相電壓降低、非故障相電壓升高的典型故障波形，而本次零序電流保護(hù)動作前后ABC三相相電壓波形穩(wěn)定無異常，由此初步判定本次保護(hù)動作應(yīng)該不是由真正的接地故障造成。

圖1故障波形

故障原因的查找

零序電流保護(hù)動作的原因大致分為以下幾類：電纜或電動機(jī)接地故障、保護(hù)裝置誤動、零序CT故障、電纜屏蔽層接地錯誤，下面針對這幾種原因進(jìn)行逐一檢查。

1檢查電纜和電動機(jī)的絕緣性能

使用2500V兆歐表檢查電纜的相間絕緣、相對地絕緣均為1000MΩ左右，電動機(jī)繞組對地絕緣800MΩ左右，電纜、電動機(jī)的絕緣均合格。

2檢查保護(hù)裝置的參數(shù)及可靠性

查看保護(hù)裝置的定值、變比、基準(zhǔn)電流等參數(shù)設(shè)置都正確。泥漿泵電動機(jī)的零序電流保護(hù)定值為15A、時限為0.0s，跳閘時零序電流值為38A，大于保護(hù)定值屬于正常動作。對保護(hù)裝置的零漂、零序電流保護(hù)動作值、動作時限進(jìn)行校驗(yàn)均合格。

3零序CT的檢查

零序CT安裝牢固、外觀正常，二次接線端無松動。對該零序CT進(jìn)行了絕緣測試、伏安特性測試、直阻測試均正常。

4檢查電纜屏蔽層的接地

泥漿泵電動機(jī)的電纜外護(hù)套沒有發(fā)現(xiàn)電纜破損，電纜的母線側(cè)屏蔽接地和電動機(jī)側(cè)屏蔽接地都沒有松動現(xiàn)象。開關(guān)柜內(nèi)的電纜終端頭安裝在零序CT的上方，電纜銅屏蔽接地線沒有穿過零序CT在電動機(jī)側(cè)接地如圖2所示。

故障原因分析

正常運(yùn)行時電纜三相電流矢量和為零，電纜屏蔽層沒有電流流過，零序CT的一次電流值接近為零。當(dāng)電纜單相或兩相接地故障時，電纜相芯與電纜屏蔽層短路，接地電流從故障相流向電纜屏蔽層，順著電纜屏蔽層流入接地點(diǎn)。故障時電纜三相電流合成的零序電流會反映在零序CT一次側(cè)，而CT二次側(cè)相應(yīng)地產(chǎn)生二次電流驅(qū)動保護(hù)裝置動作。

圖2本次故障時母線側(cè)屏蔽層接地

圖3母線側(cè)屏蔽層的正確接地

當(dāng)電纜母線側(cè)屏蔽層采用圖2接地時，穿過零序CT的電流為3I0=Ia+Ib+Ic-Ii。根據(jù)上述故障錄波圖1分析可知，本次保護(hù)動作前后無接地故障即Ia+Ib+Ic=0，此時穿過零序CT的電流為3I0=-Ii=39.6A。

由于10kV三芯電纜的屏蔽層采用母線側(cè)、電動機(jī)側(cè)兩端都接地，通常開閉所開關(guān)柜的接地電阻比現(xiàn)場電動機(jī)的接地電阻要小，當(dāng)現(xiàn)場電機(jī)外殼或其連接的金屬設(shè)備因?yàn)槠渌驇щ姇r，部分電流Ii將會從電機(jī)側(cè)沿著電纜屏蔽層回到母線側(cè)并由開閉所接地點(diǎn)流入大地。

斷路器分閘時切斷的是ABC三相電纜的電流，屏蔽層電流Ii來自電機(jī)現(xiàn)場而非電力系統(tǒng)，這就解釋清楚了為什么斷路器已經(jīng)分閘還有39.6A的零序電流存在。

當(dāng)電纜母線側(cè)屏蔽層采用圖3接地時，穿過零序CT的電流3I0=Ia+Ib+Ic-Ii+Io。由于屏蔽層上的電流Ii與Io大小相等、方向相反，在零序CT中正好相互抵消不會影響到電纜接地故障時三相合成的零序電流在零序CT上的反映。因此，穿過零序CT的電流也可表示為3I0=Ia+Ib+Ic，符合零序電流保護(hù)的計(jì)算公式。

零序保護(hù)動作后到現(xiàn)場查看時發(fā)現(xiàn)泥漿泵電動機(jī)附近有電焊作業(yè)，使用的電焊機(jī)型號為HT-NB500便攜式逆變電焊機(jī)，同時檢修現(xiàn)場的臨時電纜存在多處破口。逆變電焊機(jī)工作原理如圖4所示，其內(nèi)部含有二極管、IGBT等多種電力電子元件。

當(dāng)電焊機(jī)工作時將會產(chǎn)生大量的諧波，這與圖1故障波形中的零序電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變相吻合。從而驗(yàn)證了電纜屏蔽層按照圖2接地時，電動機(jī)現(xiàn)場的干擾電流將會流入開閉所接地點(diǎn)，造成零序電流保護(hù)誤動作。

圖4逆變電焊機(jī)原理圖

結(jié)論

電纜屏蔽層的正確安裝應(yīng)是三顆電纜芯穿過零序CT，屏蔽層不穿過零序CT，留在零序CT下面直接接地。當(dāng)電纜的屏蔽層已經(jīng)穿過零序CT時，其屏蔽層連接的編織軟銅帶應(yīng)從上往下穿過零序CT后接地。

通過上述的分析，本次零序保護(hù)誤動是由電纜安裝方面的錯誤造成。在實(shí)際施工過程中為了方便電纜安裝，工作人員通常會把三芯電纜整體穿過零序CT后制作電纜頭，所以圖2的接地方式較為常見，其危害性也是最大的。在今后的電纜施工及繼保校驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)引起重視。以杜絕此類現(xiàn)象的發(fā)生，提高零序電流保護(hù)動作的正確率。
責(zé)任編輯人：CC