電力電纜接地線與電流互感器位置分析

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

電力電纜接地線與電流互感器位置分析

郭宇佳

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

本文主要探討了電力電纜接地線與電流互感器的相對位置關(guān)系，分析了正確安裝位置下和錯(cuò)誤安裝位置下電流互感器所監(jiān)測電流的不同，以及對系統(tǒng)運(yùn)行造成的影響，總結(jié)出在電力電纜安裝中，應(yīng)正確選擇金屬屏蔽層接地線與電流互感器的相對位置。

電力電纜 電流互感器 接地線 拒動 誤動

1 電力電纜接地線的作用

電力電纜接地是接地系統(tǒng)總體的重要組成部分，對系統(tǒng)安全運(yùn)行有著重要的意義，可以防止人身觸電，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，保護(hù)線路和設(shè)備免遭損壞，同時(shí)可以防止電氣火災(zāi)以及雷擊和靜電等危害。不管是單芯電纜還是三芯電纜，電力電纜的金屬屏蔽層和金屬護(hù)套都必須直接接地。三芯電纜正常運(yùn)行時(shí)，三相不平衡電流較小，在金屬屏蔽層外的磁通也較小，在電纜金屬屏蔽層兩端不會產(chǎn)生較大感應(yīng)電壓，流過金屬屏蔽層的環(huán)流較小，三芯電纜金屬屏蔽層都采用兩端接地。單芯電纜運(yùn)行時(shí)，在金屬屏蔽層外的磁通較大，在電纜金屬屏蔽層兩端會產(chǎn)生較大感應(yīng)電壓，當(dāng)線路不長且感應(yīng)電壓不高滿足規(guī)范時(shí)，金屬屏蔽層采用一端接地；當(dāng)線路較長感應(yīng)電壓較大時(shí)，金屬屏蔽層采用一端接地，另一端經(jīng)過電壓保護(hù)器接地。

電力電纜線芯中通過的電流將在金屬屏蔽層中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，電力電纜金屬屏蔽層或金屬護(hù)套可通過電纜接地線與大地的短路形成等電位，降低電力電纜中的感應(yīng)電壓，防止電纜感應(yīng)電壓過大造成人身設(shè)備傷害。電纜金屬屏蔽層接地線可以使電纜線芯對金屬屏蔽層或金屬護(hù)套的電容電流流入大地；當(dāng)電纜線芯與金屬屏蔽層發(fā)生絕緣擊穿形成短路時(shí)，短路電流可以通過接地線流入大地。

2 三芯電力電纜接地線與零序電流互感器相對位置分析

不論是三芯電纜還是單芯電纜，電力電纜接地線與電流互感器均有四種相對位置，分別是：①電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以下時(shí)，接地線直接接地；②電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以上時(shí)，接地線穿過電流互感器接地；③電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以下時(shí)，接地線穿過電流互感器接地；④電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以上時(shí)，接地線直接接地。

三芯電纜的零序電流互感器一般安裝在電纜首端即電源端，在電纜發(fā)生接地故障時(shí)，產(chǎn)生零序接地電流時(shí)與繼電保護(hù)裝置或信號配合使用，使裝置元件動作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)或監(jiān)控,在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在大接地電流系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序電流互感器監(jiān)測到很大的短路電流，可以作用于零序電流保護(hù)動作跳閘。在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電流互感器監(jiān)測到較小的接地電容電流，可以作用于小電流選線裝置發(fā)選線信號。正常運(yùn)行時(shí)，電纜中三相線芯電流相量和為零，即Ia+Ib+Ic=0，零序電流互感器二次側(cè)電流為零；當(dāng)三相電流不平衡時(shí)，不平衡電流將在三芯電纜屏蔽層上感應(yīng)出電流IG。

當(dāng)電力電纜線芯和金屬屏蔽層發(fā)生絕緣擊穿形成短路時(shí)，電纜的接地電流將通過絕緣擊穿處、電纜首端金屬屏蔽層接地線、電纜末端金屬屏蔽層接地線流向大地；電纜的接地電流分成三部分，分別是：通過電纜首端金屬屏蔽層接地線流向大地的電流Ix，通過絕緣擊穿處流向大地的電流Iy，通過電纜末端金屬屏蔽層接地線流向大地的電流Iz。此時(shí)電纜三相電流相量和等于零序電流的三倍，即Ia+Ib+Ic=3I0。同時(shí)3I0為電纜的接地電流，因此3I0=Ix+Iy+Iz。

2.1 第一種相對位置分析

電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以下時(shí)，接地線直接接地，如圖1所示。

圖1 第一種相對位置示意

當(dāng)電纜發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，接地電流中電纜首端金屬屏蔽層接地線流向大地的那部分電流Ix不穿過零序電流互感器，不參與零序電流互感器磁通的建立。同時(shí)接地造成的不平衡電流3I0在金屬屏蔽層感應(yīng)出的電流IG不穿過零序電流互感器，不參與零序電流互感器磁通的建立。零序電流互感器建立磁通的電流為Ia+Ib+Ic=3I0，零序電流互感器監(jiān)測的電流是我們需要監(jiān)測的零序電流3I0。在定值合理的情況下，大接地電流系統(tǒng)中零序接地保護(hù)能可靠動作，小接地電流系統(tǒng)中接地選線裝置能正常接地選線。

電纜線芯的三相不平衡電流在金屬屏蔽層上感應(yīng)的電流IG未穿過零序電流互感器，零序電流互感器監(jiān)測不到IG，零序電流保護(hù)不會產(chǎn)生誤動作。另外，附近其他設(shè)備接地電流的一部分IQ通過電力電纜其中一端接地線流入，經(jīng)過金屬屏蔽層從另一端接地線流出，IQ不經(jīng)過零序電流互感器，不參與零序電流互感器磁通的建立，此時(shí)零序電流互感器監(jiān)測不到IQ，附近其他設(shè)備接地電流流入金屬屏蔽層的那部分電流IQ不會引起零序電流保護(hù)的誤動作。

2.2 第二種相對位置分析

電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以上時(shí)，接地線穿過電流互感器接地如圖2所示。

圖2 第二種相對位置示意

當(dāng)電纜發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，接地電流中電纜首端金屬屏蔽層接地線流向大地的那部分電流Ix穿過零序電流互感器后回穿，產(chǎn)生的磁通相互抵消。同時(shí)3I0將在金屬屏蔽層感應(yīng)出的電流IG，電流IG穿過零序電流互感器后回穿，產(chǎn)生的磁通相互抵消。Ix與IG雖然穿過零序電流互感器，但均經(jīng)過回穿后磁通相互抵消，此時(shí)零序電流互感器建立磁通的電流僅為Ia+Ib+Ic=3I0，零序電流互感器監(jiān)測的電流正是我們需要監(jiān)測的零序電流3I0。在定值合理的情況下，大接地電流系統(tǒng)中零序接地保護(hù)能可靠動作，小接地電流系統(tǒng)中接地選線裝置能正常接地選線。

電纜線芯的三相不平衡電流在金屬屏蔽層上感應(yīng)的電流IG經(jīng)過零序電流互感器后回穿，磁通相互抵消，零序電流互感器監(jiān)測不到IG，零序電流保護(hù)不會產(chǎn)生誤動作。另外，附近其他設(shè)備接地電流流入金屬屏蔽層的那部分電流IQ經(jīng)過零序電流互感器后回穿，產(chǎn)生的磁通相互抵消，此時(shí)零序電流互感器監(jiān)測不到IQ，不會引起零序電流保護(hù)的誤動作。

2.3 第三種相對位置分析

電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以下，接地線穿過電流互感器接地，如圖3所示。

圖3 第三種相對位置示意

當(dāng)電纜發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，接地電流中電纜首端金屬屏蔽層接地線流向大地的那部分電流Ix通過接地線穿過零序電流互感器一次，Ix參與零序電流互感器磁通的建立。同時(shí)3I0將會在金屬屏蔽層感應(yīng)出電流IG，IG通過接地線穿過零序電流互感器一次，IG參與零序電流互感器磁通的建立。此時(shí)參與零序電流互感器磁通建立的總電流為3I0+Ix+IG，零序電流互感器監(jiān)測的電流不是零序電流3I0。由于3I0與Ix方向相反，且IG很小，零序電流互感器監(jiān)測的電流|3I0+Ix+IG|小于3I0，造成零序電流互感器監(jiān)測的電流不準(zhǔn)確，大接地電流系統(tǒng)中可能造成零序電流保護(hù)拒動，小接地電流系統(tǒng)中可能造成接地選線失敗。

電纜線芯的三相不平衡電流在金屬屏蔽層上感應(yīng)的電流IG通過接地線穿過零序電流互感器一次，零序電流互感器將監(jiān)測到電流IG，可能引起零序電流保護(hù)的誤動作。另外，附近其他設(shè)備接地電流流入金屬屏蔽層的那部分電流IQ通過接地線穿過零序電流互感器一次，此時(shí)零序電流互感器將監(jiān)測到IQ，同樣可能引起零序電流保護(hù)的誤動作。

2.4 第四種相對位置分析

電力電纜接地點(diǎn)在電流互感器以上時(shí)，接地線直接接地，如圖4所示。

圖4 第四種相對位置示意

當(dāng)電纜發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，接地電流中電纜首端金屬屏蔽層接地線流向大地的那部分電流Ix通過金屬屏蔽層穿過零序電流互感器一次，Ix參與零序電流互感器磁通的建立。同時(shí)3I0在金屬屏蔽層感應(yīng)出電流IG通過金屬屏蔽層穿過零序電流互感器一次，IG參與零序電流互感器磁通的建立。此時(shí)參與零序電流互感器磁通建立的總電流為3I0+Ix+IG，零序電流互感器監(jiān)測的電流不是零序電流3I0。由于3I0與Ix方向相反，且IG很小，零序電流互感器監(jiān)測的電流|3I0+Lx+IG|小于3I0，造成零序電流互感器監(jiān)測的電流不準(zhǔn)確，大接地電流系統(tǒng)中可能造成零序電流保護(hù)拒動，小接地電流系統(tǒng)中可能造成接地選線失敗。

電纜線芯的三相不平衡電流在金屬屏蔽層上感應(yīng)的電流IG通過金屬屏蔽層穿過零序電流互感器一次，零序電流互感器將監(jiān)測到電流IG，可能引起零序電流保護(hù)的誤動作。另外，附近其他設(shè)備接地電流流入金屬屏蔽層的那部分電流IQ通過金屬屏蔽層穿過零序電流互感器一次，此時(shí)零序電流互感器將監(jiān)測到IQ，同樣可能引起零序電流保護(hù)的誤動作。

3 結(jié)論

綜上所述，圖1和圖2中的三芯電纜接地線和零序電流互感器的安裝位置是正確的，對保護(hù)和測量不會造成影響；圖3和圖4中三芯電纜接地線和零序電流互感器的安裝位置是錯(cuò)誤的，可能引起保護(hù)拒動和誤動。運(yùn)用同樣的方法分析單芯電纜，即分析單芯電纜電流互感器建立磁通的電流是否為保護(hù)、測量所需電流，可以得出與三芯電纜同樣的結(jié)論，本文不做贅述。

曾有一例關(guān)于電力電纜接地線和電流互感器安裝位置錯(cuò)誤引起發(fā)電機(jī)誤解列的報(bào)道[1]，以及一例關(guān)于電力電纜接地線和零序電流互感器安裝位置錯(cuò)誤，導(dǎo)致電力電纜確實(shí)發(fā)生接地而接地選線裝置未選線的報(bào)道[2]。電力電纜接地線和電流互感器的安裝位置直接影響到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際的電力設(shè)備安裝和驗(yàn)收中要充分考慮電力電纜接地線和電流互感器的安裝位置關(guān)系，選擇正確的安裝位置。

〔1〕季明懷.因電纜接地線未穿過零序電流互感器接地而引起的發(fā)電機(jī)誤解列[J].電工技術(shù)，2000(10)：49.

〔2〕高洪英.10kV電纜接地線施工接線錯(cuò)誤的分析[J].建筑電氣，2008，27(11)：40-42.

TM862∶TM452

A

2095-1809(2017)06-0035-03

郭宇佳，水電廠運(yùn)行值班員中級工，助理電自工程師，從事水電站運(yùn)行工作。