低壓單相接地導(dǎo)致6KV開關(guān)跳閘的原因及防范

【摘要】變（配）電站的所用變，一般只為站內(nèi)交、直流設(shè)備供電，不接其它工業(yè)負(fù)載。低壓單相接地時，6KV開關(guān)柜是不應(yīng)該跳閘的。在現(xiàn)場，有些不明了的因素，導(dǎo)致了一種特殊故障，使低壓側(cè)單相接地故障引起高壓開關(guān)錯誤跳閘。

【關(guān)鍵詞】所用變；熱水器；接地線并聯(lián)；分流；跳閘

前言

在變（配）電站，低壓側(cè)為380V/220V的所用變，其主要功用就是為站內(nèi)交、直流設(shè)備及照明、生活等供電，一般是不接其它工業(yè)性負(fù)載。變壓器低壓側(cè)開關(guān)柜中，都接有自動斷路器，在低壓線路故障時，能及時切斷電路、保證安全。正常情況下，輸出線路和負(fù)載單相接地不應(yīng)該對6KV高壓柜產(chǎn)生任何影響。

事故簡述

2013年6月的一天，為所用變供電的高壓柜開關(guān)突然跳閘，經(jīng)察看，跳閘原因?yàn)榻拥?。?dāng)即對變壓器和電纜進(jìn)行認(rèn)真檢測，沒有發(fā)現(xiàn)有任何故障點(diǎn)。試合閘后，變壓器工作正常，通電的低壓設(shè)備也未發(fā)現(xiàn)異常。幾小時后，油開關(guān)再次跳閘，跳閘原因仍為接地。就在大家埋頭尋找原因時，有位員工說此前他為電熱水器送電，剛合上就碰的一聲跳開關(guān)了，然后就停電了。

電熱水器為三相自動保溫型，距變壓器約80米，為確定是否是熱水器故障引起的所用變跳閘，立即對熱水器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)：熱水器電源的一根相線因絕緣老化、濺水后與外殼放電，燒斷的線頭與外殼粘在一起，造成單相接地故障。當(dāng)即解除熱水器，合閘后供電恢復(fù)。

低壓側(cè)故障又怎么會引起6KV高壓柜跳閘呢？為找出跳閘的真正原因，繪制了與電熱水器相關(guān)的電氣設(shè)備連接簡圖。

附圖說明

圖中，高壓柜與變壓器間用了8米高壓屏蔽電纜連接，電纜的屏蔽接地線為25mm2，一端穿過了斷路器下方的零序電流互感器，接至高壓柜的接地角鋼，另一端接在變壓器的接地螺栓上。在變壓器的低壓端，變壓器的中性點(diǎn)與外殼做了良好的電氣連接，并通過4×20mm的扁鋼與高壓柜接地線連在一起。電熱水器的電源線通過80米架空線從低壓室斷路器引入，現(xiàn)場斷路器額定電流為40A，在電熱器的旁邊，用1.5米長的40角鋼打入地下做接地體，并與熱水器的外殼做良好的聯(lián)結(jié)。

原因分析

從圖中可知：變壓器的中性點(diǎn)直接接地，電熱水器外殼采用接地保護(hù)，是一個TT供電系統(tǒng)。當(dāng)其外殼與電源相線擊穿后，就有了圖中虛線所示的接地電流Id。從圖可知，接地電流與相線阻抗，負(fù)載側(cè)接地電阻RA、電源側(cè)接地電阻RB，接觸阻抗，地線阻抗有關(guān)，由于RA、RB遠(yuǎn)大于那些阻抗之和，接地電流可近似為Id=U/RA+RB，實(shí)測RA、RB均為3.2Ω，計算得Id=220V/3.2+3.2=34A。

低壓側(cè)34A的不平衡電流怎么可能引起高壓柜跳閘？從圖中虛線所標(biāo)Id路徑可知，由于施工時的疏忽，這8米電纜與接地扁鋼形成一種并聯(lián)關(guān)系，當(dāng)接地發(fā)生時，電流在C處就分為Id1和Id2，在D處匯合后流入中性點(diǎn)。其中Id1穿過了高壓側(cè)的零序電流互感器，導(dǎo)致高壓跳閘的可能就是Id1。在高壓柜中，零序電流互感器變比為100/5，電流繼電器的整定電流為6A，也就是說要使高壓開關(guān)柜跳閘 至少得有120A的電流通過零序電流互感器，即Id1不小于120A?，F(xiàn)以120A為例，推算接地電流值。已知現(xiàn)場數(shù)據(jù)：電纜接地線和接地扁鋼長度為8米，電纜接地線面積為25mm2，接地扁鋼面積為4×20=80mm2，查得銅的電阻率為0.0175Ω·mm2/m，鐵的電阻率為0.1Ωmm2/m。那么電纜接地線電阻為：，接地扁鋼的電阻為：。

以此我們可以計算出電流，由于

Id=Id1+Id2=120+67.2=187.2A，如果是低壓單相接地，那么它的回路阻抗不大于Z=220/187.2=1.175Ω。

為找出引起跳閘的真實(shí)原因，對現(xiàn)場重新進(jìn)行考察，當(dāng)斷開電熱水器與接地樁的連線時，角鋼的接地電阻為22Ω，變壓器中性點(diǎn)接地電阻為3.8Ω，當(dāng)接上熱水器的接地線后，角鋼接地電阻下降為3.2Ω，難道是電熱水器本身接地了？經(jīng)仔細(xì)查找終于明白：熱水器水箱與進(jìn)水管接觸良好，且與變電所自來水同一管路，而變電所門口的水龍頭，就直接焊在接地網(wǎng)的一根接地樁上豎在那。所以，當(dāng)熱水器發(fā)生單相接地時，電流通過這根暗藏的1寸鍍鋅水管（管頭為焊接）和接地線形成回路。水管相當(dāng)于一根80米長、截面積為300mm2的鐵線，構(gòu)成了事實(shí)上的PE線，其計算阻值僅為0.026Ω，供電也轉(zhuǎn)變成更加安全的TN-S系統(tǒng)。所以，當(dāng)電熱水器單相接地時，環(huán)路阻抗很小，通過零序電流互感器的分電流足大于120A，引起6KV開關(guān)柜跳閘。

防范措施

綜前所述，這次事故有著一定的偶然性，但卻是必然的結(jié)果。偶然的是：發(fā)生了單相接地；水管又無意間將熱水器外殼與變壓器的中性點(diǎn)做了良好連接；電纜接地線兩端接地卻無意間并聯(lián)了扁鋼接地線、形成了分流通道。由于這分流通道的存在，在有大電流通過這8米線段時、高壓誤跳閘卻是必然的。為防止發(fā)生同類事故，一要規(guī)范接線、做好線路絕緣和防水、杜絕線頭碰殼；二是阻斷通過零序電流互感器電纜接地線的雜散電流。就本例而言，為保證原有的保護(hù)功能不變，又能避免低壓故障電流通過零序電流互感器，將電纜接地線在變壓器端斷開，即圖中的D位置。這樣即使電纜漏電，互感器仍能檢測出其電流，保證安全。若變更接地裝置的引線、將其先接至變壓器中性線位置，上述情況可以避免，但在雷雨季節(jié)，PT柜內(nèi)的避雷器一旦放電，仍會出現(xiàn)誤跳閘情況。所以，在這類防范中，將靠近互感器端的電纜接地線接地、另一端不接，是阻止低壓接地電流或雜散電流、防止誤跳閘的有效措施。