多條電纜并聯(lián)時(shí)零序電流互感器的二次側(cè)接線(xiàn)方式

趙 爽 武春艷

中國(guó)航天科工飛航技術(shù)研究院 北京 100074

1 問(wèn)題的提出

當(dāng)同一出線(xiàn)斷路器下口兩條或多條電纜并聯(lián)時(shí),零序電流互感器二次側(cè)出線(xiàn)如何引接至保護(hù)裝置的交流輸入通道,這是一個(gè)非常困擾施工人員的問(wèn)題,目前行業(yè)內(nèi)也有一定爭(zhēng)議。在理想情況下,兩條或多條電纜上安裝的零序電流互感器二次側(cè)應(yīng)該獨(dú)立引線(xiàn)至微機(jī)保護(hù)裝置交流插件上相互獨(dú)立的多個(gè)零序電流通道內(nèi),這樣才能完全避免相互影響。例如,小電流接地選線(xiàn)裝置面向全站采集信息,可以實(shí)現(xiàn)將并聯(lián)電纜中的每一根接入獨(dú)立的通道。此種接線(xiàn)方式既可以避免串聯(lián)、并聯(lián)對(duì)最終零序電流大小的影響,又能夠在選線(xiàn)時(shí)精確定位故障電纜。

但實(shí)際情況是,常用的微機(jī)保護(hù)裝置上只有一路零序電流輸入,如圖1所示北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司CSC-211型饋線(xiàn)保護(hù)裝置交流插件輸入通道。對(duì)此,零序電流互感器接線(xiàn)方式問(wèn)題仍然無(wú)法避免,有必要進(jìn)行研究。

2 標(biāo)準(zhǔn)條文

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5153—2002《火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》第9.2.4條規(guī)定,如果回路中有兩根及兩根以上電纜并聯(lián),并且每根電纜上分別安裝零序電流互感器,那么應(yīng)該將各零序電流互感器二次繞組串聯(lián)之后接至繼電器。

這一條文主要是針對(duì)發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電,以輸入至繼電器的容量較大為原則對(duì)接線(xiàn)方式進(jìn)行選擇,主要目的是保證反映單相接地故障的零序電流保護(hù)動(dòng)作的靈敏性。

3 電流分析

由電流源和電壓源定義可以知曉,嚴(yán)格意義而言,電流互感器既不是電流源也不是電壓源,其二次電流大小根據(jù)一次負(fù)荷電流的變化而變化。因此,輸入至保護(hù)裝置的零序電流大小需要根據(jù)內(nèi)阻抗與負(fù)載阻抗的大小關(guān)系分三種情況討論。第一,當(dāng)負(fù)載阻抗等于零序電流互感器內(nèi)阻抗時(shí),串聯(lián)與并聯(lián)情況相同。第二,當(dāng)負(fù)載阻抗大于零序電流互感器內(nèi)阻抗時(shí),串聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的零序電流大。第三,當(dāng)負(fù)載阻抗小于零序電流互感器內(nèi)阻抗時(shí),并聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的零序電流大。

以同一回路有兩根電纜并聯(lián)為例進(jìn)行分析,零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)如圖2所示,二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)如圖3所示。零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)等效電路如圖4所示,二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)等效電路如圖5所示。

圖1 CSC-211型饋線(xiàn)保護(hù)裝置交流插件輸入通道

圖2 零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)

圖3 零序電流互感器二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)

圖4 零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)等效電路

圖5 零序電流互感器二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)等效電路

負(fù)載阻抗Zj等于零序電流互感器的內(nèi)阻抗Zi時(shí),零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn),輸入至保護(hù)裝置的電流I為:

(1)

負(fù)載阻抗Zj等于零序電流互感器的內(nèi)阻抗Zi時(shí),零序電流互感器二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn),輸入至保護(hù)裝置的電流I為:

(2)

由式(1)、式(2)的計(jì)算結(jié)果可以看出,負(fù)載阻抗等于零序電流互感器內(nèi)阻抗時(shí),零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)和二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的電流是相等的。

負(fù)載阻抗Zj遠(yuǎn)大于零序電流互感器內(nèi)阻抗Zi時(shí),零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn),輸入至保護(hù)裝置的電流I為:

I≈2E/Zj

(3)

負(fù)載阻抗Zj遠(yuǎn)大于零序電流互感器內(nèi)阻抗Zi時(shí),零序電流互感器二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn),輸入至保護(hù)裝置的電流I為:

I≈E/Zj

(4)

由式(3)、式(4)的計(jì)算結(jié)果可以看出,負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于零序電流互感器內(nèi)阻抗時(shí),零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的電流是二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的電流的2倍。

負(fù)載阻抗Zj遠(yuǎn)小于零序電流互感器內(nèi)阻抗Zi時(shí),零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn),輸入至保護(hù)裝置的電流I為:

I≈E/Zi

(5)

負(fù)載阻抗Zj遠(yuǎn)小于零序電流互感器內(nèi)阻抗Zi時(shí),零序電流互感器二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn),輸入至保護(hù)裝置的電流I為:

I≈2E/Zi

(6)

由式(5)、式(6)的計(jì)算結(jié)果可以看出,負(fù)載阻抗遠(yuǎn)小于零序電流互感器內(nèi)阻抗時(shí),零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的電流是二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)輸入至保護(hù)裝置的電流的1/2。

由于零序電流互感器的內(nèi)阻抗很小,一般情況下負(fù)載阻抗大于零序電流互感器內(nèi)阻抗,因此二次側(cè)采用串聯(lián)接線(xiàn)能使輸入至保護(hù)裝置的電流更大。

4 接地系統(tǒng)分析

由上述分析可知,一般情況下零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)獲得的短路電流會(huì)大于二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn),采用串聯(lián)接線(xiàn)對(duì)于微機(jī)保護(hù)中的零序電流保護(hù)而言更有意義,因?yàn)榱阈螂娏髟酱?保護(hù)裝置動(dòng)作越靈敏,這樣就能夠更早發(fā)現(xiàn)并切除故障。

在新版電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5153—2014《火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中,已經(jīng)將對(duì)應(yīng)條文修改為“應(yīng)將各零序電流互感器二次繞組串聯(lián)或并聯(lián)之后接至繼電器”,可見(jiàn)串聯(lián)接線(xiàn)還是并聯(lián)接線(xiàn),并不是絕對(duì)正確或絕對(duì)錯(cuò)誤的做法,需要視具體情況而定。客觀情況是,二次側(cè)串聯(lián)接線(xiàn)在大部分情況下更加適用于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng),因?yàn)槠湟笈渲脛?dòng)作于跳閘的零序電流保護(hù)。對(duì)于非有效接地系統(tǒng)而言,零序電流保護(hù)并不一定要求投入,即使投入,也不要求動(dòng)作于跳閘。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》第4.4.3.1條規(guī)定,在發(fā)電廠(chǎng)和變電站母線(xiàn)上,應(yīng)安裝單相接地監(jiān)視裝置,監(jiān)視裝置反映零序電壓,動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。GB/T 14285—2006第4.4.3.2條規(guī)定,有條件安裝零序電流互感器的線(xiàn)路,如電纜線(xiàn)路,應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于信號(hào)的單相接地保護(hù)。非有效接地系統(tǒng)更多通過(guò)采集零序電壓保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)單相接地故障的監(jiān)視,而保護(hù)裝置獲取更大零序電流并不是特別重要。多個(gè)零序電流互感器二次側(cè)串聯(lián),一旦有一個(gè)零序電流互感器二次側(cè)發(fā)生斷路,將導(dǎo)致整個(gè)回路中其它零序電流互感器二次側(cè)均處于斷路狀態(tài),增大了由于二次側(cè)斷路產(chǎn)生過(guò)電壓的概率。因此,零序電流互感器二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)方式更適合用于非有效接地系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者對(duì)多條電纜并聯(lián)情況下零序電流互感器二次側(cè)采用串聯(lián)接線(xiàn)還是并聯(lián)接線(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析,根據(jù)不同接地系統(tǒng)保護(hù)配置的特點(diǎn)給出了所適用的接線(xiàn)方式。多年來(lái),筆者所在單位自管配電網(wǎng)均為不接地系統(tǒng),零序電流保護(hù)均未投入,零序電流互感器采用二次側(cè)并聯(lián)接線(xiàn)更為適用。