10 kV零序TA二次驗收常見問題分析

肖智剛，常荊華，王 剛，謝凌博，馮宇豪

(國網咸陽供電公司，陜西 咸陽 712000)

隨著城市電網的不斷發展，人們對城市環境及供電質量要求越來越高，10 kV架空線路正逐步落地，取而代之的是電纜出線越來越密集。根據10 kV不接地系統運行特點，單相接地時故障電流很小，三相之間線電壓對稱，可以繼續運行1～2 h，一般由監控值班人員通過推拉方式選擇故障線路，但當電纜發生故障無法及時切除導致電纜起火時，會引起電纜溝內其他電纜燒毀導致故障擴大。隨著各地因10 kV電纜故障引起電纜溝起火導致大面積停電事故的多次發生，電網對10 kV中性點接地方式提出了新的要求，在電纜出線集中、電容電流較大的地區，系統單相接地故障時直接跳閘，不允許帶故障持續運行，并要求投入零序保護。這就對零序TA的驗收提出了更為嚴格的要求，本文針對繼電保護專業對零序TA驗收應注意的事項及其影響分析如下。

1 零序TA金屬護層接地

零序TA主要用于監視線路發生不對稱接地故障時電流，一般只有1個鐵芯和1組保護用二次繞組。安裝時，將一次三芯電纜穿過零序TA的鐵芯窗孔，二次電纜接入保護裝置或小電流接地選線裝置用于跳閘或告警[1]。正常運行或發生三相故障時，一次回路的三相電流基本對稱，零序電流為零。當發生不對稱接地時，其一次三相和電流較大，將產生零序電流，從而在電纜金屬護層產生感應電流，當有外破或擊穿時，甚至在一次電纜金屬護層中會流過故障電流，導致零序TA采樣產生誤差。

圖1 電纜各部分電流分布示意圖

根據GB 50168—2018《電氣安裝工程 電纜線路施工及驗收標準》7.2.8要求“電力電纜金屬護層接地線未隨電纜芯線穿過互感器時，接地線應直接接地；隨電纜芯線穿過互感器時，接地線應穿回互感器后接地”[2]。由圖1分析可知，假設發生A相接地故障，故障電流為If，電纜金屬護層流過電流為Im1，接地線流過電流為Im2，其中Im1≈Im2。

(a)金屬護層穿過零序互感器

(b)金屬護層未穿過零序互感器圖2 零序TA典型安裝方式

當電纜金屬護層穿過互感器時，如圖2(a)所示，接地線應穿回互感器后接地，零序TA感受到故障電流IK=If-Im1+Im2≈If，若接地線未穿回互感器而直接接地，則零序TA感受到故障電流IK=If-Im1，產生較大誤差。

當電纜金屬護層不穿過互感器時，如圖2(b)所示，接地線應直接接地，此時零序TA感受到故障電流IK=If，若將接地線穿過互感器后再接地，則零序TA感受到故障電流IK=If-Im2，產生較大誤差。

2 零序TA極性

目前變電站10 kV間隔零序電流大致可歸納為兩種用途：當中性點不接地時，各間隔零序電流接至小電流接地選線裝置，用于直接跳閘或者輔助監控值班員推拉選線(告警)；當中性點經小電阻接地時，零序電流回路接入線路保護，用于直接跳閘。具體分析如圖3所示。

圖3 10 kV系統典型電網圖

2.1 中性點不接地系統

由圖3典型電網接線圖可知，當K點(接地變)開關打開時，本站10 kV為不接地系統，線路發生單相接地故障時，故障點與系統中性點之間無電流通路，故障線路的零序電流由其他非故障線路對地電容產生，非故障線路零序電流由本線路對地電容產生[3]。系統發生單相接地時，中性點電壓上升為相電壓-EA，且有UA0=-EA，向量圖如圖4所示。

圖4 單相接地向量圖

當線路3發生A相接地故障時，故障線路零序電流等于所有線路接地電容電流的總和，并滯后零序電壓90°，如式1所示。

IKA3=-jω(C1+C2)U0

(1)

非故障線路零序電流等于本線路對地電容電流，并且超前零序電壓90°，如式2所示。

IKA1=jωC1U0

(2)

由于在不接地系統中，故障線路零序電流與非故障線路零序電流有著截然相反的相位關系，這對小電流選線裝置對故障線路的判斷有著重要的影響，就要求二次人員在現場驗收過程中，確保全站10 kV母線及線路零序TV及TA極性保持一致。

2.2 中性點經小電阻接地系統

當圖3中K點閉合時，該系統為中性點經小電阻接地系統，其單相接地時故障電流如式(3)所示。

(3)

對于10 kV電纜線路，單相接地時每km對地電容電流如式(4)所示[4]。

(4)

式中：S為電纜截面積，mm2；Un為系統額定線電壓，kV。

系統中性點選用10 Ω電阻接地時，當一條5 km出線選用截面積240 mm2電纜，其單相接地中性點電流可限制在600 A左右，而對地電容電流約為9.8 A，系統對地電容電流可忽略。根據國網相關規范要求，10 kV線路零序電流保護均應不帶方向，以避免零序電流回路極性錯誤造成保護拒動。因此在經小電阻接地系統中，零序TA極性對保護正確動作影響不大，但為方便管理及運維，建議全站線路零序TA極性保持一致。

3 同一開關柜接入多回電纜

由于單根電纜載流量不滿足負荷要求或者變電站間隔不足，現部分變電站10 kV間隔存在同一開關柜接入多回電纜出線的情況，現對其影響分析如下。

3.1 中性點不接地系統

對于中性點不接地系統，主要應用小電流接線選線裝置判斷故障線路[5]。而小電流選線通常采用群體比幅比相原理，先對所有出線零序電流的幅值排隊，選出前3條幅值最大的線路，再根據故障線路與非故障線路電流反相特征，并輔以5次諧波原理，選出故障線路[6]。

圖5 壓接電纜開關柜零序示意圖

假設一條10 kV母線上有n條出線，其中m條線路接入了同一開關柜，且本站電纜線路參數相同，對地電容均為C。則無論一個零序TA套入多條線路或采用多組出線零序電流和電流方式接入時，該開關采集的零序電流均為m條出線的和電流，會導致出現以下情況。

a.故障線路在本間隔時，其零序電流

I0=-jω(n-m)CU0

(5)

此時，保護采樣的零序電流減小，可能導致選線不正確而據動。

b.故障線路在其他間隔，故障電纜間隔保護采樣的零序電流為

I0=-jω(n-1)CU0

(6)

壓接電纜的間隔零序電流為

I0=jωmCU0

(7)

此時，非故障間隔零序電流增大，可能導致誤動。

由以上分析可得，當同一開關柜接入多條電纜時，無論故障是否在本間隔，對小電流選線裝置的正確率均會產生影響，且壓接電纜比例越大，影響越大。

3.2 中性點經小電阻接地系統

由于中性點經小電阻接地后，電纜單相接地時，電容電流可忽略不計，因此故障線路與非故障線路電流存在明顯幅值差異。當同一開關柜接入2條及以上電纜時，可以裝設大內徑零序TA，如互感器內徑不足無法套入多條電纜需使用多個零序TA時，二次側必須并聯使用。此時，任一電纜發生故障，對應開關均能正確跳閘。

4 結語

鑒于目前電纜出線越來越密集，為防止故障范圍擴大，10 kV電纜單相接地已逐步改造為直接跳閘，不允許帶故障持續運行。在驗收過程中，應根據零序TA位置，重點關注電纜金屬護層的接地線安裝是否正確，防止感應電流的存在對零序電流采樣產生誤差。對于中性點不接地系統，零序TA極性和開關柜電纜壓接均對小電流接地選線正確性有顯著影響，驗收中應進行零序TA極性試驗。對于中性點經小電阻接地系統，零序TA極性和開關柜電纜壓接對保護正確動作影響較小，但為便于運行維護，應保持全站零序TA極性一致，避免同一開關柜接入多回電纜。