更換6 kV電纜將屏蔽線接錯導致保護越級跳閘的檢查及處理

劉 德 ，于慧麗 ，趙利權，謝紹魁

(1.華能吉林發(fā)電有限公司九臺電廠，長春 130501 2.華能長春熱電廠，長春 130000；3.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130021)

輸煤系統(tǒng)是火力發(fā)電廠鍋爐燃料供應的重要部分，擔負著機組鍋爐燃煤的供應工作，輸煤系統(tǒng)正常運行可以保障電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，當輸煤系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時，鍋爐燃燒系統(tǒng)只能依靠給煤機原煤斗煤倉內剩余儲煤來供應鍋爐燃燒，如果不能在極短時間內消除輸煤系統(tǒng)設備故障，保證煤量充足供給，鍋爐燃燒系統(tǒng)會因供煤中斷不得不被迫停機，從而產生時間長、面積廣的供熱問題和停電事故，造成極大的經濟損失和社會影響。

本文詳細闡述了輸煤6 kV電纜中間接頭故障更換，將電纜屏蔽層接地線接錯導致保護越級跳閘，致使6 kV整段設備失電時間的過程，原因分析并提出相應建議，為以后處理同類型故障提供參考。

1 電纜中間接頭接地故障

1.1 事件經過

事件發(fā)生前運行方式：輸煤6 kV A段運行負荷有1號生活區(qū)變壓器、1號輸煤變壓器、1號輸煤綜合樓變壓器、1號翻車機變壓器、1號門式堆取料機變壓器、C-3B皮帶、C-4B皮帶、C-5B皮帶，失電前無設備啟動及操作。

20200214T18:53:00，1號機組6 kV C段斷路器為輸煤6 kV A段進線變壓器的上級電源變壓器跳閘，接地保護動作，三相及零序接地電流分別為Ia=0.28 A，Ib=1.23 A，Ic=0.24 A，I0g=25.04Is(Is為基準電流，取0.2 A)，此斷路器的電流互感(TA)變比1 500/5，零序TA變比300/5，零序定值4倍即0.8 A，0.6 s；同時，就地檢查輸煤6 kV A段所帶電機負荷C-3B皮帶、C-4B皮帶、C-5B皮帶斷路器均是欠壓保護動作，動作時間一致。

19:30:00，就地檢查發(fā)現(xiàn)C-1A皮帶電機本體接線盒處冒煙。采取應急處理方案，打開電機電纜接線盒，檢查發(fā)現(xiàn)B相避雷器絕緣擊穿折斷，將三相避雷器引線與損壞避雷器拆除，并對輸煤6 kV A段電源饋線電纜測量絕緣，確認B相電纜對地絕緣為0 MΩ。經研究，采取輸煤6 kV母聯(lián)斷路器合閘試驗，實現(xiàn)輸煤6 kV B段對A段并聯(lián)供電，送電無異常后進行逐個負荷恢復送電運行。

22:05:00，在恢復C-1A皮帶斷路器帶電運行時，保護動作報“熔斷器熔斷”報警，斷路器跳閘，檢查發(fā)現(xiàn)三相熔斷器熔斷，更換A、B、C三相熔斷器后，測量電機絕緣正常500 MΩ。

經排查輸煤6 kV A段電源電纜共接了4根ZRC-YJV-6/6-(3×185 mm2)的電纜，只有1根電纜B相絕緣為0，其他3根電纜相對地及相間絕緣均合格，滿足投運條件。經核對3根合格的電纜載流量及壓降滿足要求，經研究，將輸煤6 kV A段電源接地電纜拆除，3根合格電纜恢復接線，測量相間及相對地絕緣無異常后，通過輸煤6 kV A段電源斷路器對輸煤A段電源電纜空載運行8 h。次日09：46：00，觀察輸煤6 kV A段電源電纜空載運行無異常后，聯(lián)系運行恢復輸煤A段電源自帶負荷。

次日12:00:00，C-1A皮帶斷路器保護動作報“熔斷器熔斷”報警，斷路器跳閘，三相熔斷器全部熔斷，C-4B皮帶斷路器保護動作“熔斷器熔斷”報警，斷路器跳閘，A、C相熔斷器熔斷。對熔斷器進行更換，測量電機絕緣500 MΩ正常。

次日16:40:00，在對綜合管架電纜排查中，發(fā)現(xiàn)1號機電除塵室至綜合管架橋沿線12 m處，輸煤6 kV A段電源電纜絕緣有破損痕跡，此處為基建安裝時做電纜中間接頭位置。

1.2 原因分析

a.C-1A皮帶電機接線盒處B相避雷器崩斷原因：避雷器質量存在問題，發(fā)生絕緣擊穿，電弧灼燒致避雷器底部連接處斷裂，B相避雷器及引線甩到靠近接線盒2～3 cm處，考慮到電機的震動，導致B相間歇性弧光接地。

b.輸煤6 kV A段電源電纜故障原因：電纜在基建安裝時存在中間接頭，因中間接頭制作工藝及絕緣外層老化影響，中間接頭處電纜存在薄弱環(huán)節(jié)。

c.C-1A皮帶電機接線盒處B相間歇性弧光接地引起6 kV B相電壓升高，導致輸煤6 kV A段電源電纜中間頭位置絕緣擊穿，B相接地，開關接地保護動作跳閘。

d.C-3B皮帶、C-5B皮帶斷路器三相熔斷器均熔斷，C-4B皮帶斷路器A、C相熔斷器熔斷原因：C-5B皮帶電機接線盒處B相間斷性弧光接地引起6 kV B相電壓升高，電機的鐵心工作在磁飽和狀態(tài)，電機電流急劇增加，導致熔斷器熔斷。

1.3 解決措施

a.緊急采購ZRC-YJV-6/6-(3×185 mm2)的電纜，對故障電纜進行整體更換，采購電纜需滿足載流量、壓降、絕緣和耐壓試驗要求。

b.對其余完好的6 kV電纜根據(jù)實際運行工況做交流耐壓試驗，滿足帶負荷運行和DL/T 596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》要求。

1.4 暴露問題及防范措施

輸煤皮帶電機接線盒內過電壓保護器存在質量問題；主廠房6 kV C段至輸煤段電源電纜存在未在冊的電纜中間連接頭情況，由于綜合管架橋敷設于室外，在日常天氣影響及灰塵等因素導致電纜中間頭的絕緣能力降低。

防范措施有以下3點：

a.對全廠6 kV電機本體接線盒進行檢查，并按運行工況進行耐壓和絕緣電阻測試，且記錄在冊；

b.對6 kV輸煤皮帶電機本體接線盒存在煤粉積粉的問題，按停運周期進行拆除接線盒蓋，徹底清理積粉和接線盒密封不嚴問題；

c.盤點全廠6 kV電纜存在中間接頭數(shù)量、具體位置，并加裝防爆盒，定期對中間接頭進行紅外線測溫，按春秋檢計劃進行耐壓試驗，并留存記錄。

2 輸煤6 kV A段保護越級跳閘

2.1 事件經過

20200307T17:42:00，輸煤6 kV A段失電，立即檢查1號機6 kV 1C段，發(fā)現(xiàn)“6 kV輸煤A段”電源斷路器跳閘，接地保護動作，三相及零序接地電流分別為Ia=0.25 A，Ib=0.31 A，Ic=0.50 A，I0g=6.05Is。

同時，排除了生活區(qū)變壓器(綠化澆水澆到變壓器外邊，檢查內部沒有進水)故障的可能，在啟動C-1A皮帶電機時跳閘，檢查綜合保護無故障顯示(只有低電壓報警顯示，為母線失電后電壓低造成)，拉開了C-1A皮帶電機斷路器，測電機絕緣2 MΩ不合格，檢查熔斷器A、B相熔斷(熔體125 A，電機電流26 A)。隨后，對輸煤6 kV A段電源電纜、母線及其他負荷恢復送電。

2.2 檢查經過

停電檢查并對C-1A皮帶電機綜合保護裝置進行采樣、保護校驗等均良好。表1、表2分別為交流電流、電壓采樣校驗結果，表3為保護功能校驗結果，校驗結果為合格。

表1 交流電流采樣校驗結果 A

表2 交流電壓采樣結果 V

表3 保護功能校驗

在檢查C-1A皮帶機6 kV開關柜下部零序TA接線時，發(fā)現(xiàn)一次6 kV電纜屏蔽線接線錯誤，直接穿過零序TA未再返穿回就直接接地了(見圖1)，違反GB 50168-2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收標準》[2]第6.2.9條 規(guī)定：“三芯電力電纜終端處的金屬護層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應錫焊接地線。電纜通過零序電流互感器時，電纜金屬護層和接地線應對地絕緣；電纜接地點在互感器以下時，接地線應直接接地；接地點在互感器以上時，接地線應穿過互感器接地”。

圖1 屏蔽線理論接線正確接法

2.3 原因分析

圖1為屏蔽線理論接線正確接法。當一次電纜的屏蔽線在零序TA上側(系統(tǒng)側)直接接地時，一次電纜屏蔽線只穿過了零序TA一次，這種接線會造成該斷路器零序保護據(jù)動，造成保護越級跳閘，當發(fā)生A相接地故障時，動作情況見圖2。當A相發(fā)生接地故障時，故障電流為IKa,IKa一部分通過電纜的屏蔽線流回系統(tǒng)(由于屏蔽線兩側都接地)，電流為In；另一部分通過大地流回系統(tǒng)，電流為Id。由于一次電纜屏蔽線是銅網(wǎng)線，是很好的良導體，很大一部分故障電流通過它流回系統(tǒng)，所以此時通過零序TA一次感應的電流應是IKa+In，由于IKa和In大小相當，方向相反,故零序TA二次感應的電流會很小，反應的不是一次接地故障，該設備的零序保護會拒動，而上級保護接線正確，就能正確反映零序故障電流，就會直接造成上一級的保護越級動作，擴大了停電范圍。

圖2 線路發(fā)生A相接地時動作情況圖

如果將電纜的屏蔽線再返穿回零序TA一次后接地，通過零序電流互感器一次的電流為IKa+In-In=IKa, 為故障相電流，就能反映一次故障，零序保護就能正確動作了。

2.4 建議

a.電氣維護人員應對C-1A皮帶電機電纜中間接頭作臺賬記錄，并進行定期紅外線檢查和耐壓試驗，防止電纜中接頭維護不當造成事故發(fā)生。

b.在處理皮帶電機電纜中間接頭故障時，應按照GB 50168-2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收標準》進行驗收，防止造成保護越級跳閘。

c.對全廠6 kV配電室、輸煤、脫硫配電室內6 kV斷路器柜后零序TA是否穿電纜接地線進行全面檢查(不需停電，從觀察窗觀察即可)，并立即對發(fā)現(xiàn)的問題進行處理。

3 結束語

在更換6 kV電纜或安裝電纜的零序電流互感器時，要求電纜接地線必須穿過零序電流互感器,并將電纜與支架角鋼絕緣，這是因為當電纜發(fā)生接地故障時,接地電流不僅可能在地中流動,還可能沿著故障線路電電纜的導電外皮或非故障電纜的外皮流動。正常運行時,地中雜散電流也可能在電纜外皮上流過。這些電流可能導致保護的誤動作,拒絕動作或降低其靈敏度,按要求接線后,可以使外皮電流來回兩次穿過鐵芯,互相抵消,不致于影響保護的正確工作。