一起電纜金屬屏蔽層接地線安裝錯(cuò)誤引起保護(hù)越級動(dòng)作事故分析

冉 月，王小奇，陳 懿，張 俊

(國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

隨著城市的發(fā)展，鎧裝電纜在中低電壓等級中廣泛應(yīng)用，對電纜選擇和施工提出了更高要求。電纜敷設(shè)及安裝工程管理手段落后成為制約電纜施工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素[1]。結(jié)合公司近來發(fā)生的一起35 kV線路接地故障，線路零序電流保護(hù)拒動(dòng)造成主變后備保護(hù)動(dòng)作越級跳主變低壓側(cè)開關(guān)，分析電纜屏蔽層接地線安裝工藝對繼電保護(hù)裝置的影響及相應(yīng)的應(yīng)對措施。

1 事故簡介

220 kV某站有2，3號兩臺(tái)主變壓器，分別帶35 kV三、四段母線和35 kV五、六段母線運(yùn)行。故障前六段母線上線路F空充，線路G帶負(fù)荷運(yùn)行，故障時(shí)3號主變低壓側(cè)零序過流一段動(dòng)作，3.5 s后跳開3號主變35 kV六段開關(guān)，自切動(dòng)作合上分段開關(guān)。由于故障仍存在，后加速動(dòng)作再次跳開分段。35 kV六段母線失壓，饋線開關(guān)均無跳閘。

2 設(shè)備檢查與試驗(yàn)

查看保護(hù)整定值如表1所示。

表1 保護(hù)整定值

根據(jù)保護(hù)信息及故障錄波，線路零流測量值最高達(dá)到193 A，低于零流保護(hù)整定值，35 kV六段零序電流達(dá)到0.234 A，大于整定值，因此主變低壓側(cè)零流保護(hù)動(dòng)作跳閘正確。

檢查現(xiàn)場一次設(shè)備，35 kV六段母線上各出線間隔保護(hù)裝置均未發(fā)現(xiàn)異常信號，母線保護(hù)也無異常情況。對母線及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)檢查正常，檢查電纜出線，發(fā)現(xiàn)線路G站外3 km處電纜頭絕緣擊穿發(fā)生接地故障。

電纜線路發(fā)生接地故障，線路保護(hù)未動(dòng)作，而由主變低壓后備保護(hù)動(dòng)作越級跳閘，懷疑線路G的電流互感器可能存在問題。打開35 kV六段所有小車柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)線路G電纜屏蔽層接地引出點(diǎn)在電流互感器以下，但接地線穿過互感器接地，現(xiàn)場相對位置如圖1所示。

圖1 故障線路現(xiàn)場屏蔽層接地方式

3 電纜結(jié)構(gòu)與屏蔽層接地方式

3.1 電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)

上海35 kV及以上電壓等級線路基本采用三相單芯電纜，主要由電纜纜芯導(dǎo)體、半導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、銅屏蔽層、包帶、鋼帶鎧裝層、外護(hù)層等組成[2]，橫截面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 單芯電纜橫截面結(jié)構(gòu)

屏蔽層可分為導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽和金屬屏蔽，主要用于改善電場分布。電纜導(dǎo)體一般由多根導(dǎo)線絞合而成，它與絕緣層之間容易形成氣隙，導(dǎo)體屏蔽的作用是在導(dǎo)體和絕緣之間提供一個(gè)光滑的界面，防止產(chǎn)生高應(yīng)力點(diǎn)。

3.2 接地安裝方式

根據(jù)最新版國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50217—2018《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》第7.2.8條，電力電纜金屬屏蔽層接地線未隨電纜芯穿過互感器時(shí)，接地線應(yīng)直接接地；隨電纜芯穿過互感器時(shí)，接地線應(yīng)穿回互感器后接地。

(1)接地引出點(diǎn)在電流互感器以下時(shí)的接線方式(見圖3)。在圖3中顯示，此時(shí)無論電纜正常還是故障情況下，電流測量結(jié)果I=i，即為電纜導(dǎo)體通過電流。

圖3 接地引出點(diǎn)在電流互感器以下

(2)接地引出點(diǎn)在電流互感器及以上時(shí)的接線方式(見圖4)。在圖4中顯示，電纜金屬屏蔽層接地引出點(diǎn)穿過電流互感器，應(yīng)將接地線從零序電流互感器反穿過來，以抵消接地線部分電流[3]。

圖4 接地引出點(diǎn)在電流互感器及以上

在正常狀況下，接地線上無電流，電流互感器所測得電流為線路的負(fù)荷電流，即I=i；在事故狀況下，電纜金屬屏蔽層上存在感應(yīng)電流，通過接地線流入大地，若此時(shí)接地線穿過電流互感器，電流互感器測得電流I=i+i'(i為電纜導(dǎo)體電流，i'為接地線電流)，不是線路的實(shí)際電流。為中和接地線上的電流，采用再次反向穿過電流互感器接地的措施。此時(shí)I=i+i'-i'=i，測量電流即為電纜導(dǎo)體通過電流。

如果金屬屏蔽接地線穿過零序電流互感器而未反穿回來接地，零序電流i0=ia+ib+ic，正常情況下測出來的零序電流實(shí)際上是三相不平衡電流。在線路發(fā)生接地故障時(shí)，由于屏蔽層和接地線為銅導(dǎo)體，阻抗小，接地線上會(huì)流過方向與零序電流相反的大電流，在電流互感器的測量中抵消一部分導(dǎo)體零序電流[4]，造成電流互感器i0的測量值小于實(shí)際值，線路保護(hù)可能無法檢測出接地故障，造成保護(hù)越級，擴(kuò)大事故范圍。

4 事故分析

本次事故線路G發(fā)生A相接地故障時(shí)，故障電流分布情況如圖5所示。

圖5 A相接地故障時(shí)零序電流分布情況

零序電流為IA，通過接地變、大地以及屏蔽層形成零序電流的通路。三相屏蔽層兩端接地，一部分零序電流通過電纜三相屏蔽層流回系統(tǒng)，分別為A相故障點(diǎn)兩側(cè)的Ia1，Ia2，B相屏蔽層Ib，C相屏蔽層Ic，另一部分通過大地Id流回系統(tǒng)[5-7]。電纜屏蔽層是銅網(wǎng)線，是導(dǎo)電性能較好的導(dǎo)體，絕大部分故障電流通過屏蔽層流回系統(tǒng)，此時(shí)電流互感器的零序感應(yīng)電流等于未經(jīng)過本線路屏蔽層流回的零序電流，應(yīng)為

I0測=IA-Ia1-Ib-Ic

(1)

調(diào)取現(xiàn)場故障線路G和3號主變低壓側(cè)的故障錄波情況如圖6和圖7所示。

圖6 線路G各相電流波形

圖7 3號主變35 kV六段電流波形

根據(jù)圖6和圖7，令T2時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻，T1時(shí)刻為故障發(fā)生后300 ms時(shí)刻。由此可以看出，T1時(shí)刻，線路G互感器測得零序電流為129 A，即通過大地回流的零序電流IA為129 A，3號主變低壓側(cè)流變接線正常，接地變零序電流為853 A，因此流過線路G的A相零序電流實(shí)際約為853 A。

流過三相屏蔽層總電流為

If=I0測-IA=Ia1+Ib+Ic=724 A

已知電纜總長約11.5 km，對電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，得到故障點(diǎn)距站內(nèi)約3 km處。由于屏蔽層為銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電阻與長度成正比，可計(jì)算得出A相接地點(diǎn)左側(cè)屏蔽層流過零序電流為

A相接地點(diǎn)右側(cè)屏蔽層流過零序電流為

Ia2=If-Ia1=724-598=126(A)

B，C相屏蔽層流過電流相等為

線路G電流互感器測得其A相電流的測量值為480 A，可得A相實(shí)際電流為

IA′=IA+Ia1=480+598=1 078(A)

經(jīng)運(yùn)行組后臺(tái)查詢得到，故障時(shí)35 kV六段上線路F空沖電流約30 A，所以35 kV六段A相電流理論上應(yīng)為

I=IA′+30=1 078+30=1 108(A)

現(xiàn)場故障錄波顯示實(shí)際電流為I=1 180 A，由此知道，計(jì)算分析基本符合現(xiàn)場實(shí)際情況。

5 建議措施

基于本次事故的深入分析，提出以下措施。

(1)檢查所有出線電纜，ZCYJV-1×630×3型電纜由于引出點(diǎn)在電流互感器中部，都出現(xiàn)安裝時(shí)接地線從電流互感器上部引出的錯(cuò)誤，安排停電消缺。

(2)嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)規(guī)程規(guī)定，對于采用穿心式電流互感器的線路，明確電纜屏蔽線的接地方式，加強(qiáng)施工現(xiàn)場監(jiān)督力度。

(3)明確驗(yàn)收要求，將驗(yàn)收電纜工作時(shí)檢查屏蔽層接地線安裝方式寫入站內(nèi)現(xiàn)場規(guī)程中。

6 結(jié)語

電纜接地故障在110 kV及35 kV系統(tǒng)中時(shí)有發(fā)生，為保證電網(wǎng)的供電可靠性，事故影響盡可能小，需要對可控環(huán)節(jié)進(jìn)行完善。本文通過某站35 kV 3號主變35 kV低后備保護(hù)越級動(dòng)作的事故，分析電纜屏蔽層接地線安裝方式不規(guī)范引起的后果，提出杜絕錯(cuò)誤接線的反事故措施，為之后運(yùn)維工作提供經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。