目前化工企業(yè)的供配電多采用10kV三芯電纜，導(dǎo)致10kV配電網(wǎng)對地電容電流增大。為了防止電纜單相接地故障時(shí)發(fā)展成相間故障，在10kV母線上加裝Z型接地變經(jīng)小電阻接地為10kV系統(tǒng)提供中性接地點(diǎn)。當(dāng)10kV電纜出線發(fā)生接地故障時(shí)系統(tǒng)中就會出現(xiàn)零序電流，保護(hù)裝置零秒動作切除故障線路。10kV電纜出線柜均配置有零序CT，保護(hù)裝置采用零序CT獲得零序電流。

為了人身及設(shè)備的安全，要求10kV三芯電纜的屏蔽層采用兩端接地方式?？墒?，在施工過程中時(shí)常發(fā)生電纜屏蔽接地錯誤，引起零序電流保護(hù)誤動事故發(fā)生。本文通過一起零序電流保護(hù)誤動原因的查找分析，來說明電纜屏蔽層正確接地的重要性。

故障現(xiàn)象

2012年1月份，開閉所10kV泥漿泵電動機(jī)在正常運(yùn)行中發(fā)生零序電流保護(hù)動作跳閘，故障波形如圖1所示。從圖中可知保護(hù)動作前A、C相運(yùn)行電流16.5A（該電機(jī)額定電流為23.2A，分相CT僅配置有A、C兩相），零序電流接近為零；705ms時(shí)出現(xiàn)零序電流波形，736ms時(shí)零序保護(hù)O1出口動作，此時(shí)零序電流達(dá)到穩(wěn)定值39.6A。

803ms時(shí)斷路器分閘，A、C相電流由16.5A變?yōu)榱?，奇怪的是零序電流仍然?9.6A沒有變化；從波形上看A、C相電流的波形正常為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，零序電流的波形已經(jīng)嚴(yán)重偏離正弦波形，畸變的電流波形中含有大量的諧波成分。

一般發(fā)生接地故障時(shí)會出現(xiàn)故障相電壓降低、非故障相電壓升高的典型故障波形，而本次零序電流保護(hù)動作前后ABC三相相電壓波形穩(wěn)定無異常，由此初步判定本次保護(hù)動作應(yīng)該不是由真正的接地故障造成。

圖1故障波形

故障原因的查找

零序電流保護(hù)動作的原因大致分為以下幾類：電纜或電動機(jī)接地故障、保護(hù)裝置誤動、零序CT故障、電纜屏蔽層接地錯誤，下面針對這幾種原因進(jìn)行逐一檢查。

1檢查電纜和電動機(jī)的絕緣性能

使用2500V兆歐表檢查電纜的相間絕緣、相對地絕緣均為1000MΩ左右，電動機(jī)繞組對地絕緣800MΩ左右，電纜、電動機(jī)的絕緣均合格。

2檢查保護(hù)裝置的參數(shù)及可靠性

查看保護(hù)裝置的定值、變比、基準(zhǔn)電流等參數(shù)設(shè)置都正確。泥漿泵電動機(jī)的零序電流保護(hù)定值為15A、時(shí)限為0.0s，跳閘時(shí)零序電流值為38A，大于保護(hù)定值屬于正常動作。對保護(hù)裝置的零漂、零序電流保護(hù)動作值、動作時(shí)限進(jìn)行校驗(yàn)均合格。

3零序CT的檢查

零序CT安裝牢固、外觀正常，二次接線端無松動。對該零序CT進(jìn)行了絕緣測試、伏安特性測試、直阻測試均正常。

4檢查電纜屏蔽層的接地

泥漿泵電動機(jī)的電纜外護(hù)套沒有發(fā)現(xiàn)電纜破損，電纜的母線側(cè)屏蔽接地和電動機(jī)側(cè)屏蔽接地都沒有松動現(xiàn)象。開關(guān)柜內(nèi)的電纜終端頭安裝在零序CT的上方，電纜銅屏蔽接地線沒有穿過零序CT在電動機(jī)側(cè)接地如圖2所示。

故障原因分析

正常運(yùn)行時(shí)電纜三相電流矢量和為零，電纜屏蔽層沒有電流流過，零序CT的一次電流值接近為零。當(dāng)電纜單相或兩相接地故障時(shí)，電纜相芯與電纜屏蔽層短路，接地電流從故障相流向電纜屏蔽層，順著電纜屏蔽層流入接地點(diǎn)。故障時(shí)電纜三相電流合成的零序電流會反映在零序CT一次側(cè)，而CT二次側(cè)相應(yīng)地產(chǎn)生二次電流驅(qū)動保護(hù)裝置動作。

圖2本次故障時(shí)母線側(cè)屏蔽層接地

圖3母線側(cè)屏蔽層的正確接地

當(dāng)電纜母線側(cè)屏蔽層采用圖2接地時(shí)，穿過零序CT的電流為3I0=Ia+Ib+Ic-Ii。根據(jù)上述故障錄波圖1分析可知，本次保護(hù)動作前后無接地故障即Ia+Ib+Ic=0，此時(shí)穿過零序CT的電流為3I0=-Ii=39.6A。

由于10kV三芯電纜的屏蔽層采用母線側(cè)、電動機(jī)側(cè)兩端都接地，通常開閉所開關(guān)柜的接地電阻比現(xiàn)場電動機(jī)的接地電阻要小，當(dāng)現(xiàn)場電機(jī)外殼或其連接的金屬設(shè)備因?yàn)槠渌驇щ姇r(shí)，部分電流Ii將會從電機(jī)側(cè)沿著電纜屏蔽層回到母線側(cè)并由開閉所接地點(diǎn)流入大地。

斷路器分閘時(shí)切斷的是ABC三相電纜的電流，屏蔽層電流Ii來自電機(jī)現(xiàn)場而非電力系統(tǒng)，這就解釋清楚了為什么斷路器已經(jīng)分閘還有39.6A的零序電流存在。

當(dāng)電纜母線側(cè)屏蔽層采用圖3接地時(shí)，穿過零序CT的電流3I0=Ia+Ib+Ic-Ii+Io。由于屏蔽層上的電流Ii與Io大小相等、方向相反，在零序CT中正好相互抵消不會影響到電纜接地故障時(shí)三相合成的零序電流在零序CT上的反映。因此，穿過零序CT的電流也可表示為3I0=Ia+Ib+Ic，符合零序電流保護(hù)的計(jì)算公式。

零序保護(hù)動作后到現(xiàn)場查看時(shí)發(fā)現(xiàn)泥漿泵電動機(jī)附近有電焊作業(yè)，使用的電焊機(jī)型號為HT-NB500便攜式逆變電焊機(jī)，同時(shí)檢修現(xiàn)場的臨時(shí)電纜存在多處破口。逆變電焊機(jī)工作原理如圖4所示，其內(nèi)部含有二極管、IGBT等多種電力電子元件。

當(dāng)電焊機(jī)工作時(shí)將會產(chǎn)生大量的諧波，這與圖1故障波形中的零序電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變相吻合。從而驗(yàn)證了電纜屏蔽層按照圖2接地時(shí)，電動機(jī)現(xiàn)場的干擾電流將會流入開閉所接地點(diǎn)，造成零序電流保護(hù)誤動作。

圖4逆變電焊機(jī)原理圖

結(jié)論

電纜屏蔽層的正確安裝應(yīng)是三顆電纜芯穿過零序CT，屏蔽層不穿過零序CT，留在零序CT下面直接接地。當(dāng)電纜的屏蔽層已經(jīng)穿過零序CT時(shí)，其屏蔽層連接的編織軟銅帶應(yīng)從上往下穿過零序CT后接地。

通過上述的分析，本次零序保護(hù)誤動是由電纜安裝方面的錯誤造成。在實(shí)際施工過程中為了方便電纜安裝，工作人員通常會把三芯電纜整體穿過零序CT后制作電纜頭，所以圖2的接地方式較為常見，其危害性也是最大的。在今后的電纜施工及繼保校驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)引起重視。以杜絕此類現(xiàn)象的發(fā)生，提高零序電流保護(hù)動作的正確率。
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