V電纜屏蔽層接地不當(dāng)導(dǎo)致的故障分析

1、V電纜屏蔽層接地不當(dāng)導(dǎo)致的故障分析論文摘要：詳細(xì)分析了一起某110kV變電站因10kV電纜屏蔽層接地線安裝不當(dāng)而導(dǎo)致的越級(jí)跳閘事故，在此根底上給出了幾種可能出現(xiàn)的三芯電纜金屬屏蔽層接地線的安裝方式，并討論了各種10kV電纜屏蔽層接地線安裝方式對(duì)零序CT測(cè)量值的影響，指出了其中既不影響零序CT的測(cè)量值，又符合標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式。本文的討論分析對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員理解10kV電纜屏蔽層接地方式具有很高的參考價(jià)值。論文關(guān)鍵詞：電纜,接地,故障,零序1引言隨著我國(guó)電網(wǎng)改造的深入,大量的架空線被電力電纜取代。電力電纜跟架空線不同,它被埋在地下,運(yùn)行維護(hù)較困難,正確使用電纜,是降低工程投資,保證平安可靠供電的重要條件。

2、在城市配電網(wǎng)絡(luò)中,應(yīng)用最廣的是交聯(lián)聚乙烯三芯絕緣電纜，且多采用零序保護(hù)，如電纜屏蔽層接地線安裝方式出現(xiàn)錯(cuò)誤，在電纜出現(xiàn)對(duì)地故障時(shí)，將會(huì)影響零序保護(hù)的動(dòng)作，可能導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。作者參與了一起110kV變電站因10kV電纜屏蔽層接地線安裝不當(dāng)導(dǎo)致越級(jí)跳閘的技術(shù)分析，認(rèn)為該類故障具有一定的代表性，以下通過對(duì)這次故障原因的深入調(diào)查，全面分析了三芯電纜屏蔽層可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤接地方式，給出了合理的接地方式的建議。2事件經(jīng)過東莞某110kV變電站與此次故障相關(guān)的電氣接線如圖1所示。2021年9月8日15：47，變電站值班員監(jiān)盤時(shí)發(fā)現(xiàn)：10kVF20線路720開關(guān)跳閘，重合閘動(dòng)作；同時(shí)，#2主變10kV側(cè)502

3、甲、502乙開關(guān)分閘，#2站用變壓器變兼接地變壓器524開關(guān)分閘，10kV2甲M、2乙M同時(shí)失壓。變電站迅速將跳閘和保護(hù)動(dòng)作情況上報(bào)，并安排值班員到現(xiàn)場(chǎng)檢查相關(guān)設(shè)備情況，通知相關(guān)人員對(duì)F20線路進(jìn)行巡視。值班員檢查后確認(rèn)10kVF20線路720開關(guān)、#2站變兼接地變524開關(guān)、#2主變10kV側(cè)502甲、502乙開關(guān)、2甲M、2乙M母線一次設(shè)備均無異常。最終檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，15：47時(shí)，F(xiàn)20線路的C相發(fā)生接地故障，F(xiàn)20過流一段保護(hù)動(dòng)作，跳開720開關(guān)，重合閘后接地故障仍存在，故障本應(yīng)由F20零序保護(hù)切除，但由于F20電纜屏蔽層接地線安裝錯(cuò)誤，導(dǎo)致F20零序保護(hù)不能動(dòng)作。因線路接地故障未能及時(shí)

4、切除，10kV#2接地變高壓零序電流保護(hù)動(dòng)作，跳開502甲、502乙開關(guān)和524開關(guān)，造成10kV2甲M、2乙M母線失壓。圖1某110kV變電站與故障相關(guān)的電氣接線圖3原因分析常用的三芯電纜結(jié)構(gòu)如圖2所示。與單芯電纜不同的是，三芯電纜多采用兩端直接接地方式，這是因?yàn)檎＿\(yùn)行情況下，流過三個(gè)線芯的電流總和為零，金屬屏蔽層外根本上沒有磁鏈，因此金屬屏蔽層兩端就根本沒有感應(yīng)電壓，所以兩端接地后不會(huì)有感應(yīng)電流流過金屬屏蔽層。圖1所示，發(fā)生C相接地故障的F20三芯電纜的屏蔽層接地點(diǎn)一端在變電站側(cè)，即零序CT附近，另一端在遠(yuǎn)方負(fù)荷側(cè)。由于720開關(guān)下方的零序CT測(cè)得的零序電流值是720開關(guān)零序保護(hù)動(dòng)作的依

5、據(jù)，如零序CT測(cè)得的零序電流有誤，將會(huì)直接影響720開關(guān)的零序保護(hù)動(dòng)作，造成越級(jí)保護(hù)動(dòng)作，使事故擴(kuò)大。圖2常用的三芯電纜結(jié)構(gòu)圖下面將詳細(xì)分析此例事故中零序CT不能正確測(cè)量零序電流的原因。發(fā)生該事故的變電站為小電阻接地系統(tǒng)，一旦三芯電纜某相發(fā)生對(duì)地故障，就有可能使局部對(duì)地電流通過電纜屏蔽層、電纜屏蔽層的接地線流入大地，如與零序CT相鄰的電纜屏蔽層接地線安裝錯(cuò)誤，將直接影響零序CT對(duì)零序電流的測(cè)量。上述事故中電纜屏蔽層接地線的安裝方式如圖3所示，為了方便說明問題，這里只畫出了發(fā)生接地故障的C相。如圖3所示，電纜屏蔽層的接地點(diǎn)位于零序CT下方的B點(diǎn)位置，其接地線向上穿過零序CT后接地。圖3事故中的電

6、纜屏蔽層接地線安裝方式示意圖當(dāng)電纜發(fā)生導(dǎo)體絕緣層破壞時(shí)，導(dǎo)體一般會(huì)先和金屬屏蔽層短接，構(gòu)成接地故障，并有可能在導(dǎo)體絕緣層破害處擊穿電纜外護(hù)套。正常運(yùn)行情況下，零序CT測(cè)得的三相電流和為0，當(dāng)C相發(fā)生接地故障時(shí)，零序CT只需準(zhǔn)確測(cè)量出C相對(duì)地電流即可，所以以下分析只針對(duì)C相接地故障的接地電流，將不再考慮負(fù)荷電流。當(dāng)C相發(fā)生對(duì)地故障時(shí)，對(duì)地電流流向如圖4所示。設(shè)A點(diǎn)為發(fā)生接地故障點(diǎn)，導(dǎo)體中流過的對(duì)地電流為I，如A點(diǎn)電纜外護(hù)套被擊穿，那么通過擊穿處流入大地的電流為I如外護(hù)套沒被擊穿，那么I=0，通過變電站側(cè)電纜屏蔽層接地線流入大地的電流為I，通過負(fù)荷側(cè)電纜屏蔽層接地線流入大地的電流為I，由KCL有：

7、I=I+I+I(1)由圖4可知，零序CT測(cè)得的對(duì)地電流為：I=I-I(2)即I=I+I(3)圖4發(fā)生接地故障時(shí)的對(duì)地電流流向圖如零序CT測(cè)量正確無誤，那么I=I，但由式(1)、(2)、(3)可知，由于I在零序CT里穿過了兩次，且方向相反，故零序CT測(cè)量不到I，從而使測(cè)得的I小于實(shí)際流入大地的電流。值得特別指出的是，當(dāng)A點(diǎn)外護(hù)套未被擊穿I=0，同時(shí)A點(diǎn)靠近電站側(cè)遠(yuǎn)離負(fù)荷側(cè)屏蔽層接地點(diǎn)時(shí)此時(shí)II，根據(jù)式(3)可知：測(cè)得的I將遠(yuǎn)小于實(shí)際流入大地的電流，I的大小達(dá)不到零序保護(hù)的整定值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上述事故中發(fā)生的現(xiàn)象：即使發(fā)生了接地故障，但由于零序CT測(cè)得的對(duì)地電流過小，使得零序保護(hù)沒能起到應(yīng)有的作用，

8、從而導(dǎo)致越級(jí)跳閘，造成事故擴(kuò)大。4幾種可能出現(xiàn)的屏蔽層接地線的安裝方式上文中分析了該例事故中出現(xiàn)的一種錯(cuò)誤的電纜屏蔽層接地方式，下面將介紹其他幾種可能出現(xiàn)的屏蔽層接地線的安裝方式。圖5其他幾種屏蔽層接地線安裝方式圖如圖5(1)所示，B點(diǎn)在零序CT上方，且接地線不穿過零序CT，顯然，這種接地線安裝方式與圖4所示的安裝方式類似，I將在零序CT里穿過兩次，且方向相反，故零序CT測(cè)量不到I，使測(cè)得的I小于實(shí)際流入大地的電流。因此，這種電纜屏蔽層的地線安裝方式是錯(cuò)誤的。如圖5(2)所示，B點(diǎn)在零序CT上方，但接地線穿過零序CT后接地。采用這種接地線安裝方式，I將在零序CT里穿過三次，其中有兩次穿過CT的

9、方向相反，互相抵消，另外一次穿過零序CT時(shí)，I的流向與I同向，故不影響零序CT對(duì)實(shí)際流入大地電流的測(cè)量。雖然這種接地線安裝方式不影響對(duì)零序電流的測(cè)量，但局部對(duì)地電流在零序CT里穿過屢次，不符合標(biāo)準(zhǔn)，故不建議采用。如圖5(3)所示，B點(diǎn)在零序CT下方，且接地線不穿過零序CT。采用這種接地線安裝方式，所有的對(duì)地電流將只在零序CT里穿過一次，使得零序CT的測(cè)量準(zhǔn)確無誤，也符合標(biāo)準(zhǔn)，建議采用這種接地線的安裝方式。5結(jié)論本文細(xì)致分析了一起某110kV變電站因10kV電纜屏蔽層接地線安裝錯(cuò)誤而導(dǎo)致的越級(jí)跳閘的事故，在此根底上，進(jìn)一步給出了幾種可能會(huì)出現(xiàn)的三芯電纜金屬屏蔽層接地線的安裝方式，并詳細(xì)推理了各種安裝方式對(duì)零序CT測(cè)量值的影響，給出了正確的三芯電纜屏蔽層接地線的安裝方式，有較大的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)5 IEC 61000.Electromagnetic ompatibility(EMC),part 5:installation and mitigation