1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气380电缆钢铠接地线穿过零序 CT 情况下零序保护误动原因及预防措施探讨秦绍俊 （国电聊城发电厂 山东 聊城 252033 ）【摘 要】基于电缆钢铠接地线穿过零序 CT 接地情况下零序保护多次误动作的事故原因进行了分析,提出了在工程施工及电力运行中预防零序保护误动作的相关措施。本文介绍了煤灰 6kV 配电室 B、C 、D 三台柱塞泵零序保护过去多次误动作的原因，故障的查找过程以及采取的有效防范零序保护误动的措施。【关键词】电缆钢铠 接地线 零序 CT 保护 误动作0 引言2007 年 5 月 19 日 19 时 50 分，聊城发电厂煤
2、灰 6kV 配电室 B、C、D 三台柱塞泵先后发接地光字牌，跳闸。23 时 35 分 B、C、D 三台柱塞泵又一次先后发接地光字牌，跳闸。检查设备无异常后开 C 柱塞泵运行正常，未再出现此类情况。1 故障原因分析1.1 事故调查检修值班人员接到运行通知后立即赶到现场，对 B、C、D 柱塞泵综合保护进行检查，发现B、C 柱塞泵在运行过程中零序电流启动且出口跳闸，而 C 柱塞泵未运行，但是零序保护也启动了，并且发出了出口跳闸信号。三台泵的动作记录如下：名称 零序保护定值 零序动作电流B 柱塞泵 0.33A 0.41AC 柱塞泵 0.33A 0.39AD 柱塞泵 0.33A 0.40A经过对三台柱塞
3、泵的零序保护进行检查、校验，发现保护定值准确，动作良好，保护装置采样正确，可以排除装置本身问题。经过对二次回路进行检查，跳闸回路绝缘良好，继电器出口接点绝缘良好，零序 CT 二次回路良好，可以排除二次回路问题。随后又对煤灰 6KVA 段三台柱塞泵电源开关进行了检查。用 2500V 摇表摇测开关、电机及所属一次设备，绝缘良好。经测量电源开关直流控制回路良好。检查三台柱塞泵电源开关引线紧固, 无过热及氧化现象，无破损，开关分合闸可靠。开关操作把手指示正确，操作灵活，手动分合闸试验正常。检查设备无异常后，将三台柱塞泵电源开关合闸，然后将电源开关送电后正常。1.2 零序保护误动作的原因分析全国火电 6
4、00MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气381我们知道，在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。 而零序电流保护在运行中可能存在以下问题: (1)当电流回路断线时,可能造成保护误动作。这是一般较灵敏的保护的共同弱点,需要在运行中注意防止。就断线机率而言,它比距离保护电压回路断线的机率要小得多。如果确有必要,还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。 (2)当电力系统出现不对称运行时,也要出现零序电流,例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行,单相重合闸过程中的两相运行,三相重
5、合闸和手动合闸时的三相断路器不同期,母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行情况下,由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流,以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流,特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下,可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等,都可能使零序电流保护启动。 (3)地理位置靠近的平行线路 ,当其中一条线路故障时,可能引起另一条线路出现感应零序电流,造成反方向侧零序方向继电器误动作。如确有此可能时,可以改用负序方向继电器,来防止上述方向继电器误判断。 (4)由于零序方向继电器交流回路平时没有零序电流和零序电压,回路断线不易被
6、发现;当继电器零序电压取自电压互感器开口三角侧时,也不易用较直观的模拟方法检查其方向的正确性,因此较容易因交流回路有问题而使得在电网故障时造成保护拒绝动作和误动作。针对此次事故，由于 B、C、D 三台柱塞泵的零序保护在运行过程同时动作，这说明在当时情况下三台泵的零序 CT 确实同时产生了零序电流，而且这三台泵穿过零序 CT 的一次电缆确实有一次零序电流通过。同时，由于 D 柱塞泵未运行仍然有零序电流，这也说明了该电流不是故障电流，而是干扰电流或地网中的杂散电流。经进一步检查发现煤灰 6kV 侧高压电缆为三芯，钢铠及铜屏蔽层都接地，而屏蔽层采用的是两端接地。B、C、D 三台柱塞泵电缆的钢铠接地编
7、织软带一端与电缆铜屏蔽层及电缆铠装带连接后，都是由上往下穿过零序 CT 后再接地的。我们知道在电力安全规程中规定：35kV 及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式，这是因为这些电缆大多数是三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。对于三芯电力电缆钢铠接地线是穿过零序 CT 在上方接地还是在下方接地的问题，依据电力行业标准，有两种情况：一种是指电缆头在零序 CT 下方时，接地线应接在零序 CT 下方（如图示 1） 。另一种是指电缆头在零序 CT 上方时
8、，接地线穿过零序 CT 后在接地，其实就是让接地线在互感器中回穿了一次,等于是没从中穿过（如图示 2） 。其实上下都无差别,只要保证接地时有零序电流从互感器中流过就可以了。 也就是说，电缆头在零序 CT 上方（接地线从上方引出）时，地线应穿过零序 CT 再接地电缆头在零序 CT 下方（接地线从下方引出）时，地线不应穿过零序 CT 而接地电缆终端头穿过外附零序电流互感器后，电缆金属屏蔽接地线与外附零序电流互感器的相对位置可能不正确。根据电气工程安装规程规定：三芯电力电缆终端处的金属护层钢铠必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线(油浸纸绝缘电缆铅包和铠装应焊接地线)，电缆通过零序全国火
9、电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气382电流互感器时，电缆金属护层和接地线应对地绝缘，电缆接地点(电缆接地线与电缆金属屏蔽的焊点)在互感器以下时，接地线应直接接地(见图示 1)；接地点在互感器以上时，接地线应穿过互感器接地(见图示 2)。接地线必须接在开关柜内专用接地铜排上，接地线须采用铜绞线或镀锡铜编织线，接地线的截面必须符合规程要求。当电缆接地线该穿零序电流互感器时未穿，一些不该穿零序电流互感器的反倒穿了时，就可能造成事故接地零序保护不能正确动作。 据电缆线路施工及验收规范 GB50168-2006 上，三芯电力电缆终端处的金属护层钢铠必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和
10、钢铠应锡焊接地线。电缆通过零序电流互感器时，电缆金属护层和接地线应对地绝缘，电缆接地点在互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在互感器以上时，接地线应穿过互感器接地。图示 2 所示电缆屏蔽层已通过了零序 CT，就应将接地线从零序 CT 反穿回来，以抵消这部分电流。如果电缆屏蔽层在过零序 CT 前直接接地，就不需再将接地线穿过零序 CT 接地了 如果零序 CT 只穿进三根相线，则不应穿接地线；如果零序 CT 穿在电缆铠甲外面，则应将接地线反穿过零序 CT。当屏蔽层穿过零序 CT 时,当有雷击或着比较大的电磁场时,在屏蔽层会流过电感性电流,使零序保护误动。基于零序 CT 构成原理来说，零序电流 I
11、0=IA+IB+IC，正常情况下零序电流只是线路中的不平衡电流。零序 CT 检测的是三相电流的矢量和。当发生接地故障后，屏蔽层流过的是接地相与整个系统的电容电流。如果屏蔽层在零序 CT 上部接地，那么这几个电流的矢量和还是为零，接地故障就无法检出。针对此次事故中，B、C、D 三台柱塞泵电缆的钢铠接地线都是穿过零序 CT 后再接地的。然而B、C、D 三台柱塞泵电缆头都是在零序 CT 下方，电缆接地点(电缆接地线与电缆金属屏蔽的焊点)都在零序 CT 以下，这三台泵电缆的钢铠接地线都是穿过零序 CT 后再接地，根据我们上面的分析，这种情况下电缆的钢铠接地线应接在零序 CT 下方，不能穿过零序 CT，
12、因此这种接地方法不能消除干扰的影响。当时是在启动碎煤机时发生的上述情况，在启动碎煤机时，由于合闸时的三相开关不同期情况全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气383下,或者是开关接触电阻三相不一致, 出现不对称运行时, 而出现零序电流,产生了干扰，使得B、C、D 柱塞泵的零序 CT 感应产生零序电流，进而导致零序保护动作出口。这种情况需经过方式的变化和设备运行一段时间后得以验证。综上所述，如上图所示，事故分析确定为启动碎煤机时产生了干扰，在电缆钢铠接地线穿过零序 CT 接地情况下，使得 B、C、D 柱塞泵的零序 CT 感应产生零序电流导致了零序保护的动作出口。2 防止零序保
13、护误动作采取的措施为防止高压电缆的零序 CT 误动，应采取将高压电缆的钢铠层两端接地，因为电缆处在较为复杂、散乱的强磁场区，容易受杂散磁场的影响，从而在电缆芯线或者电缆的钢铠层上产生微弱的感应电流，将电缆的钢铠层两端接地，就可以在电缆芯线外部产生一层屏蔽，防止感应电流对高压电缆的零序 CT 的影响。经过对煤灰 6kV 其他设备的检查发现，高压电缆钢铠层端部在零序 CT 下方，因此电缆接地点在互感器以下时，应将所有穿过零序 CT 内部的接地线取出，使接地线直接接地（如图示 1） ，以保证钢铠层接地线上流通的感应电流不穿过零序 CT，防止零序保护误动。2.1 钢铠接地线不穿过零序 CT 接地将 B
14、、C、D 电机电缆的钢铠接地线不穿过零序 CT 接地，以消除干扰的影响。根据停电机会办理工作票，逐步将煤灰段设备的电缆的钢铠接地线不穿过零序 CT 接地。排查其他同样设备情况，并申请办理工作票进行整改。同时应加强其他 6kV 设备巡检，从而发现问题及时处理。2.2 提高保护设备的可靠性在零序电流互感器安装时应采用正确的施工方法，6kV 线路零序保护装置采用外附零序电流互感器，在设计施工中应注意： (1) 应保证选用零序电流互感器内径大于电缆终端头外径； (2) 施工中尽量不要拆动零序电流互感器，如必须拆动，工作完结必须恢复原状；(3) 接地线须采用铜绞线或镀锡铜编织线，接地线的截面不应小于 2
15、5mm2，接地端部要焊接接线端子，并正确处理接地线与零序电流互感器的相对位置，接地线必须安装在接地铜排上； 全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气384(4) 通电前要对零序保护系统进行整定，确保保护工作正常。3 结束语总之，零序保护误动作原因是现场多种因素综合作用的结果，我们应当仔细分析，认真查找原因, 通过分析找到事故原因后 , 对于一些不相适应的问题，就应采用有效的措施,避免类似事故的再次发生，确保设备安全稳定运行。通过正确配置、选择正确的钢铠接地线穿过零序 CT 的方式；按规范要求启停用电设备并定期检查电器设备；加强施工现场的临时用电管理和通过培训提高电气操作人员的自身素质，以尽可能减少零序保护的误动作，保障现场的用电安全，给设备的正常运行创造良好的供电环境。参考文献：1中华人民共和国建设部， GB50168-2006 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 ，中国计划出版社，2006作者简介：秦绍俊（1983-）男，助理工程师，从事继电保护工作。目前于国电聊城发电厂工作。单位地址：国电聊城发电厂 252033
