高壓電纜鎧裝層接地不當引發越級跳閘的故障分析

林鎮鈺

（廣東珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引 言

交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電力電纜廣泛應用于發電機廠和變電站等場所，電纜加裝鎧裝層除了可以提高機械強度和延長使用壽命外，還可以通過屏蔽保護提高電纜抗干擾性能。在制作電纜終端頭時應在兩端金屬護套引出接地線并接地，當電纜穿過零序電流互感器時，應采用絕緣接地線，接地方式還應符合規范[1]。由于施工人員水平參差不齊，經常未按施工規范對金屬護套進行接地，可能導致電纜或負載發生接地故障時零序保護拒動，造成故障范圍擴大。某電廠發生一起高壓電動機接地故障而保護拒動導致越級跳閘事件，通過調查發現是一起典型的高壓電纜鎧裝金屬護套接地不當而引起的故障。本文以此次故障為例，延伸闡述了高壓電纜金屬護套的各種接地方式，總結出正確的接地方式。

1 事件經過

某電廠脫硫廠用電接線如圖1所示，2015年7月25日6:59，#4脫硫6 kV母線40BCC失壓，工作進線開關40BCC01在跳閘位置。40BCC01開關保護裝置有GROUND TRIP（接地跳閘）報警，同時閉鎖電源快切裝置動作，備用電源進線開關40BCC02未能成功合閘。測得#4脫硫6 kV母線40BCC的絕緣電阻為2.5 GΩ，絕緣合格。測量該段母線下每臺負荷絕緣電阻，其中#4輸送用空壓機電機絕緣為零，判斷6 kV母線完好，母線失壓是由于#4輸送用空壓機電機接地故障越級跳閘引起。隔離#4輸送用空壓機電機后恢復#4脫硫6 kV母線40BCC供電，未發現異常。

圖1 廠用電接線簡圖

2 原因分析

解體檢查#4輸送用空壓機電機，發現接線盒內C相繞組引出線絕緣破損，與外殼距離太近，運行時對外殼放電導致接地故障。本文主要分析電動機零序保護拒動的原因，對電動機本體故障不做深入探討。

現場檢查#4輸送用空壓機高壓電纜電源側鎧裝金屬護套接地不符合規范，導致接地故障時保護裝置未檢測到正確的接地電流而拒動。圖2為6 kV高壓動力三芯電纜結構圖，在內護套與外護套之間有一層鎧裝金屬護套，一般要求雙端接地[2,3]。正常運行時，流過三芯電纜的電流矢量和為零，金屬護套外基本沒有磁鏈，兩端無感應電壓，因此兩側接地后無感應電流流過金屬護套。

圖2 高壓動力三芯電纜結構

零序電流互感器安裝在電源側并穿過電纜，發生接地故障時，三相電流矢量和不為零[4]。零序保護依靠電流互感器檢測零序電流的大小作為動作判據，而零序保護接收零序電流信號的大小與金屬護套的接地方式密切相關。接地方式根據金屬護套接地引出點及接地點的位置不同可分為以下4種[5]：（1）接地引出點在互感器下側，接地點在互感器上側；（2）接地引出點及接地點均在互感器上側；（3）接地引出點在互感器上側，接地點在互感器下側；（4）接地引出點及接地點均在互感器下側。現場實際電纜金屬護套接地選擇方式（1），如圖3所示。

圖3 金屬護套接地方式（1）

該接地方式接地引出點在電流互感器下側，接地線穿過電流互感器在上側接地，等效電路如圖4所示。

圖4 等效電路圖

該廠為小電流接地系統，RN為廠高變中性點接地電阻，阻值為45 Ω，Rl為金屬護套電阻，實測阻值為2.2 Ω，Re為設備接地電阻，實測阻值為10.3 Ω，Ig為零序電流，即故障電流，經電纜金屬護套及大地兩條支路流回廠高變中性點。從圖3可看出，Il經接地線流過電流互感器，方向與Ig相反，兩者疊加使流經電流互感器的總電流減小。設保護裝置檢測到的故障電流為I，則有：

6 kV系統相電壓E0為3 600 V，將各數值代入式（1）—式（3）可得，Ig≈76.9 A，，Il≈63.4 A，I=13.5 A。從計算結果可知，實際接地電流為76.9 A，但是由于電纜金屬護套接地方式錯誤，保護裝置檢測到的故障電流只有13.5 A，小于整定值18 A，故保護裝置不會動作。

從以上分析可看出，電動機零序保護的靈敏度與電纜金屬護套接地方式有關。當金屬護套接地點在電流互感器下側時，應按接地方式（2）進行接地，如圖5所示。即將接地線在下側直接接地，不應穿過電流互感器，否則會抵消部分故障電流而可能使保護拒動。此外，I的大小與金屬護套電阻Rl及接地電阻Re有關。當系統接地不良，Rl<>Re，Il較小，即使金屬護套接地方式錯誤，也可使零序保護動作。

圖5 金屬護套接地方式（2）

3 其他接地方式分析

圖6為接地方式（3）示意圖，該接地方式下金屬護套接地點在電流互感器上側，接地線未回穿電流互感器而直接接地，是錯誤的接地方式，此種情況與圖3類似。Il經金屬護套流經電纜互感器，且方向與Ig相反，兩者相互抵消而使總零序電流減少，可能未達到保護裝置整定值而使保護拒動。正確的接法應按圖7所示，即接地方式（4）的接法。將接地線回穿電流互感器而接地，此時Il經金屬護套及接地線入地，在電流互感器內來回流經兩次，兩者方向相反，大小相等，矢量和為0，電流互感器檢測到的為實際故障電流Ig，保護裝置可以迅速動作。

圖6 金屬護套接地方式（3）

圖7 金屬護套接地方式（4）

4 結 論

本文通過實例論證分析指出，電纜金屬護套接地點在互感器以上時，接地線應穿過互感器接地，接地點在互感器以下時，接地線應直接接地，另外當接地點剛好在互感器環內時，接地線也應回穿互感器接地。總之，應遵循電流往返原則，即發生接地故障時，流經接地線或金屬護套中的零序電流如果進入互感器檢測區域，則應使接地線再次回穿互感器，使其電流矢量和為0。錯誤的接地方式會可能導致零序保護拒動，此外設備接地電阻也會影響零序保護動作的正確性，應經常檢查設備接地線是否完好，保持設備的良好接地。