一起电缆金属屏蔽层接地线安装错误引起保护越级动作事故分析

2021-07-15王小奇

电力与能源 2021年3期

冉月，王小奇，陈懿，张俊

(国网上海市电力公司检修公司，上海 200063)

随着城市的发展，铠装电缆在中低电压等级中广泛应用，对电缆选择和施工提出了更高要求。电缆敷设及安装工程管理手段落后成为制约电缆施工质量和效率的关键因素[1]。结合公司近来发生的一起35 kV线路接地故障，线路零序电流保护拒动造成主变后备保护动作越级跳主变低压侧开关，分析电缆屏蔽层接地线安装工艺对继电保护装置的影响及相应的应对措施。

1 事故简介

220 kV某站有2，3号两台主变压器，分别带35 kV三、四段母线和35 kV五、六段母线运行。故障前六段母线上线路F空充，线路G带负荷运行，故障时3号主变低压侧零序过流一段动作，3.5 s后跳开3号主变35 kV六段开关，自切动作合上分段开关。由于故障仍存在，后加速动作再次跳开分段。35 kV六段母线失压，馈线开关均无跳闸。

2 设备检查与试验

查看保护整定值如表1所示。

表1 保护整定值

根据保护信息及故障录波，线路零流测量值最高达到193 A，低于零流保护整定值，35 kV六段零序电流达到0.234 A，大于整定值，因此主变低压侧零流保护动作跳闸正确。

检查现场一次设备，35 kV六段母线上各出线间隔保护装置均未发现异常信号，母线保护也无异常情况。对母线及相关设备进行耐压试验检查正常，检查电缆出线，发现线路G站外3 km处电缆头绝缘击穿发生接地故障。

电缆线路发生接地故障，线路保护未动作，而由主变低压后备保护动作越级跳闸，怀疑线路G的电流互感器可能存在问题。打开35 kV六段所有小车柜进行检查，发现线路G电缆屏蔽层接地引出点在电流互感器以下，但接地线穿过互感器接地，现场相对位置如图1所示。

图1 故障线路现场屏蔽层接地方式

3 电缆结构与屏蔽层接地方式

3.1 电缆内部结构

上海35 kV及以上电压等级线路基本采用三相单芯电缆，主要由电缆缆芯导体、半导体屏蔽层、绝缘层、铜屏蔽层、包带、钢带铠装层、外护层等组成[2]，横截面结构如图2所示。

图2 单芯电缆横截面结构

屏蔽层可分为导体屏蔽、绝缘屏蔽和金属屏蔽，主要用于改善电场分布。电缆导体一般由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间容易形成气隙，导体屏蔽的作用是在导体和绝缘之间提供一个光滑的界面，防止产生高应力点。

3.2 接地安装方式

根据最新版国家标准GB 50217—2018《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》第7.2.8条，电力电缆金属屏蔽层接地线未随电缆芯穿过互感器时，接地线应直接接地；随电缆芯穿过互感器时，接地线应穿回互感器后接地。

(1)接地引出点在电流互感器以下时的接线方式(见图3)。在图3中显示，此时无论电缆正常还是故障情况下，电流测量结果I=i，即为电缆导体通过电流。

图3 接地引出点在电流互感器以下

(2)接地引出点在电流互感器及以上时的接线方式(见图4)。在图4中显示，电缆金属屏蔽层接地引出点穿过电流互感器，应将接地线从零序电流互感器反穿过来，以抵消接地线部分电流[3]。

图4 接地引出点在电流互感器及以上

在正常状况下，接地线上无电流，电流互感器所测得电流为线路的负荷电流，即I=i；在事故状况下，电缆金属屏蔽层上存在感应电流，通过接地线流入大地，若此时接地线穿过电流互感器，电流互感器测得电流I=i+i'(i为电缆导体电流，i'为接地线电流)，不是线路的实际电流。为中和接地线上的电流，采用再次反向穿过电流互感器接地的措施。此时I=i+i'-i'=i，测量电流即为电缆导体通过电流。

如果金属屏蔽接地线穿过零序电流互感器而未反穿回来接地，零序电流i0=ia+ib+ic，正常情况下测出来的零序电流实际上是三相不平衡电流。在线路发生接地故障时，由于屏蔽层和接地线为铜导体，阻抗小，接地线上会流过方向与零序电流相反的大电流，在电流互感器的测量中抵消一部分导体零序电流[4]，造成电流互感器i0的测量值小于实际值，线路保护可能无法检测出接地故障，造成保护越级，扩大事故范围。

4 事故分析

本次事故线路G发生A相接地故障时，故障电流分布情况如图5所示。

图5 A相接地故障时零序电流分布情况

零序电流为IA，通过接地变、大地以及屏蔽层形成零序电流的通路。三相屏蔽层两端接地，一部分零序电流通过电缆三相屏蔽层流回系统，分别为A相故障点两侧的Ia1，Ia2，B相屏蔽层Ib，C相屏蔽层Ic，另一部分通过大地Id流回系统[5-7]。电缆屏蔽层是铜网线，是导电性能较好的导体，绝大部分故障电流通过屏蔽层流回系统，此时电流互感器的零序感应电流等于未经过本线路屏蔽层流回的零序电流，应为

I0测=IA-Ia1-Ib-Ic

(1)

调取现场故障线路G和3号主变低压侧的故障录波情况如图6和图7所示。