一起電纜金屬屏蔽層接地線安裝錯誤引起保護越級動作事故分析

冉 月，王小奇，陳 懿，張 俊

(國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

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

1 事故簡介

220 kV某站有2，3號兩臺主變壓器，分別帶35 kV三、四段母線和35 kV五、六段母線運行。故障前六段母線上線路F空充，線路G帶負荷運行，故障時3號主變低壓側零序過流一段動作，3.5 s后跳開3號主變35 kV六段開關，自切動作合上分段開關。由于故障仍存在，后加速動作再次跳開分段。35 kV六段母線失壓，饋線開關均無跳閘。

2 設備檢查與試驗

查看保護整定值如表1所示。

表1 保護整定值

根據保護信息及故障錄波，線路零流測量值最高達到193 A，低于零流保護整定值，35 kV六段零序電流達到0.234 A，大于整定值，因此主變低壓側零流保護動作跳閘正確。

檢查現場一次設備，35 kV六段母線上各出線間隔保護裝置均未發現異常信號，母線保護也無異常情況。對母線及相關設備進行耐壓試驗檢查正常，檢查電纜出線，發現線路G站外3 km處電纜頭絕緣擊穿發生接地故障。

電纜線路發生接地故障，線路保護未動作，而由主變低壓后備保護動作越級跳閘，懷疑線路G的電流互感器可能存在問題。打開35 kV六段所有小車柜進行檢查，發現線路G電纜屏蔽層接地引出點在電流互感器以下，但接地線穿過互感器接地，現場相對位置如圖1所示。

圖1 故障線路現場屏蔽層接地方式

3 電纜結構與屏蔽層接地方式

3.1 電纜內部結構

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

圖2 單芯電纜橫截面結構

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

3.2 接地安裝方式

根據最新版國家標準GB 50217—2018《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范》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，接地線應直接接地；隨電纜芯穿過互感器時，接地線應穿回互感器后接地。

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

圖3 接地引出點在電流互感器以下

(2)接地引出點在電流互感器及以上時的接線方式(見圖4)。在圖4中顯示，電纜金屬屏蔽層接地引出點穿過電流互感器，應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荷電流，即I=i；在事故狀況下，電纜金屬屏蔽層上存在感應電流，通過接地線流入大地，若此時接地線穿過電流互感器，電流互感器測得電流I=i+i'(i為電纜導體電流，i'為接地線電流)，不是線路的實際電流。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I=i+i'-i'=i，測量電流即為電纜導體通過電流。

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際上是三相不平衡電流。在線路發生接地故障時，由于屏蔽層和接地線為銅導體，阻抗小，接地線上會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體零序電流[4]，造成電流互感器i0的測量值小于實際值，線路保護可能無法檢測出接地故障，造成保護越級，擴大事故范圍。

4 事故分析

本次事故線路G發生A相接地故障時，故障電流分布情況如圖5所示。

圖5 A相接地故障時零序電流分布情況

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，分別為A相故障點兩側的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[5-7]。電纜屏蔽層是銅網線，是導電性能較好的導體，絕大部分故障電流通過屏蔽層流回系統，此時電流互感器的零序感應電流等于未經過本線路屏蔽層流回的零序電流，應為

I0測=IA-Ia1-Ib-Ic

(1)

調取現場故障線路G和3號主變低壓側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

根據圖6和圖7，令T2時刻為故障發生時刻，T1時刻為故障發生后300 ms時刻。由此可以看出，T1時刻，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，對電纜進行耐壓試驗，得到故障點距站內約3 km處。由于屏蔽層為銅網結構，電阻與長度成正比，可計算得出A相接地點左側屏蔽層流過零序電流為

A相接地點右側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相實際電流為

IA′=IA+Ia1=480+598=1 078(A)

經運行組后臺查詢得到，故障時35 kV六段上線路F空沖電流約30 A，所以35 kV六段A相電流理論上應為

I=IA′+30=1 078+30=1 108(A)

現場故障錄波顯示實際電流為I=1 180 A，由此知道，計算分析基本符合現場實際情況。

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型電纜由于引出點在電流互感器中部，都出現安裝時接地線從電流互感器上部引出的錯誤，安排停電消缺。

(2)嚴格執行行業規程規定，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，加強施工現場監督力度。

(3)明確驗收要求，將驗收電纜工作時檢查屏蔽層接地線安裝方式寫入站內現場規程中。

6 結語

電纜接地故障在110 kV及35 kV系統中時有發生，為保證電網的供電可靠性，事故影響盡可能小，需要對可控環節進行完善。本文通過某站35 kV 3號主變35 kV低后備保護越級動作的事故，分析電纜屏蔽層接地線安裝方式不規范引起的后果，提出杜絕錯誤接線的反事故措施，為之后運維工作提供經驗教訓。