10kV電機(jī)零序電流保護(hù)的誤動(dòng)原因分析

劉學(xué)武 王國(guó)偉 栗進(jìn)波

（山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

10kV電機(jī)零序電流保護(hù)的誤動(dòng)原因分析

劉學(xué)武 王國(guó)偉 栗進(jìn)波

（山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

本文分析了10kV三芯電纜屏蔽層接地對(duì)零序電流保護(hù)的影響，并對(duì)本次故障波形中的零序電流做出了合理的解釋。

零序電流；電纜；屏蔽層

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(duì)地電容電流增大。為了防止電纜單相接地故障時(shí)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)[1]。當(dāng)10kV電纜出線發(fā)生接地故障時(shí)系統(tǒng)中就會(huì)出現(xiàn)零序電流，保護(hù)裝置零秒動(dòng)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(guò)程中時(shí)常發(fā)生電纜屏蔽接地錯(cuò)誤，引起零序電流保護(hù)誤動(dòng)事故發(fā)生。本文通過(guò)一起零序電流保護(hù)誤動(dòng)原因的查找分析，來(lái)說(shuō)明電纜屏蔽層正確接地的重要性。

1 故障現(xiàn)象

2012年1月份，開(kāi)閉所10kV泥漿泵電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行中發(fā)生零序電流保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障波形如圖1所示。從圖中可知保護(hù)動(dòng)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 0； 705ms時(shí)出現(xiàn)零序電流波形， 736ms時(shí)零序保護(hù)O1出口動(dòng)作，此時(shí)零序電流達(dá)到穩(wěn)定值39.6A。 803ms時(shí)斷路器分閘，A、C相電流由16.5A變?yōu)?，奇怪的是零序電流仍然為39.6A沒(méi)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(shí)會(huì)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[2]，而本次零序電流保護(hù)動(dòng)作前后 ABC三相相電壓波形穩(wěn)定無(wú)異常，由此初步判定本次保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該不是由真正的接地故障造成。

圖1 故障波形

2 故障原因的查找

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

2.1 檢查電纜和電動(dòng)機(jī)的絕緣性能

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

2.2 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(dòng)機(jī)的零序電流保護(hù)定值為15A、時(shí)限為0.0s，跳閘時(shí)零序電流值為38A，大于保護(hù)定值屬于正常動(dòng)作。對(duì)保護(hù)裝置的零漂、零序電流保護(hù)動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)限進(jìn)行校驗(yàn)均合格。

2.3 零序CT的檢查

零序 CT安裝牢固、外觀正常，二次接線端無(wú)松動(dòng)。對(duì)該零序 CT進(jìn)行了絕緣測(cè)試、伏安特性測(cè)試、直阻測(cè)試均正常。

2.4 檢查電纜屏蔽層的接地

泥漿泵電動(dòng)機(jī)的電纜外護(hù)套沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電纜破損，電纜的母線側(cè)屏蔽接地和電動(dòng)機(jī)側(cè)屏蔽接地都沒(méi)有松動(dòng)現(xiàn)象。開(kāi)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(méi)有穿過(guò)零序CT在電動(dòng)機(jī)側(cè)接地如圖2所示。

3 故障原因分析

正常運(yùn)行時(shí)電纜三相電流矢量和為零,電纜屏蔽層沒(méi)有電流流過(guò)，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(shí)，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(shí)電纜三相電流合成的零序電流會(huì)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(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作。

圖2 本次故障時(shí)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(shí)，穿過(guò)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(dòng)作前后無(wú)接地故障即Ia+Ib+Ic=0，此時(shí)穿過(guò)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(dòng)機(jī)側(cè)兩端都接地，通常開(kāi)閉所開(kāi)關(guān)柜的接地電阻比現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的接地電阻要小，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)外殼或其連接的金屬設(shè)備因?yàn)槠渌驇щ姇r(shí)，部分電流Ii將會(huì)從電機(jī)側(cè)沿著電纜屏蔽層回到母線側(cè)并由開(kāi)閉所接地點(diǎn)流入大地。斷路器分閘時(shí)切斷的是ABC三相電纜的電流，屏蔽層電流 Ii來(lái)自電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，穿過(guò)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(huì)影響到電纜接地故障時(shí)三相合成的零序電流在零序CT上的反映。因此，穿過(guò)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(dòng)作后到現(xiàn)場(chǎng)查看時(shí)發(fā)現(xiàn)泥漿泵電動(dòng)機(jī)附近有電焊作業(yè)，使用的電焊機(jī)型號(hào)為HT-NB500便攜式逆變電焊機(jī)，同時(shí)檢修現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)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等多種電力電子元器件[3]。當(dāng)電焊機(jī)工作時(shí)將會(huì)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?qǐng)D2所示接地時(shí)，電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的干擾電流將會(huì)流入開(kāi)閉所接地點(diǎn)，造成零序電流保護(hù)誤動(dòng)作。

圖4 逆變電焊機(jī)原理圖

4 結(jié)論

電纜屏蔽層的正確安裝應(yīng)是 3顆電纜芯穿過(guò)零序CT，屏蔽層不穿過(guò)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(guò)零序CT時(shí)，其屏蔽層連接的編織軟銅帶應(yīng)從上往下穿過(guò)零序CT后接地。

通過(guò)上述的分析，本次零序保護(hù)誤動(dòng)是由電纜安裝方面的錯(cuò)誤造成。在實(shí)際施工過(guò)程中為了方便電纜安裝，工作人員通常會(huì)把三芯電纜整體穿過(guò)零序CT后制作電纜頭，所以圖2所示的接地方式較為常見(jiàn)，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(dòng)作的正確率。

[1] 王莉英,劉峰,王森. 城市10kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用小電阻接地運(yùn)行方式的意見(jiàn)[J].西北電力技術(shù),2000(5):7-11.

[2] 范迎青,高文逸.6～10kV電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地的單相接地保護(hù)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2000(1):14-16,19.

[3] 林輝.電力電子技術(shù)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2002.

The Malfunction Reason Analyzing of 10kV Motor Zero-Sequence Current Protection

Liu Xuewu Wang Guowei Li Jinbo
（Shanxi Lu’an Coal to Liquid Co., Ltd，Changzhi, Shanxi 046000）

This paper analyzes the influence of 10kV three-core cable shield ground to zero-sequence current protection, and reasonable explanation to zero-sequence current of the fault aveform.

zero-sequence current；cable；shield

劉學(xué)武（1983-），男，學(xué)士，助理工程師，從事電氣設(shè)備技術(shù)與管理工作。