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V电缆屏蔽层接地不当导致的故障分析

零序-论文网

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论文摘要：详细分析了一起某110kV变电站因10kV电缆屏蔽层接地线安装不当而导致的越级跳闸事故，在此基础上给出了几种可能出现的三芯电缆金属屏蔽层接地线的安装方式，并讨论了各种10kV电缆屏蔽层接地线安装方式对零序CT测量值的影响，指出了其中既不影响零序CT的测量值，又合乎规范的安装方式。本文的讨论分析对现场人员理解10kV电缆屏蔽层接地方式具有很高的参考价值。

论文关键词：电缆,接地,故障,零序

1．引言

随着我国电网改造的深入,大量的架空线被电力电缆取代。电力电缆跟架空线不同,它被埋在地下,运行维护较困难,正确使用电缆,是降低工程投资,保证安全可靠供电的重要条件。在城市配电网络中,应用最广的是交联聚乙烯三芯绝缘电缆，且多采用零序保护，如电缆屏蔽层接地线安装方式出现错误，在电缆出现对地故障时，将会影响零序保护的动作，可能导致事故的扩大。作者参与了一起110kV变电站因10kV电缆屏蔽层接地线安装不当导致越级跳闸的技术分析，认为该类故障具有一定的代表性，以下通过对这次故障原因的深入调查，全面分析了三芯电缆屏蔽层可能出现的错误接地方式，给出了合理的接地方式的建议。

2．事件经过

东莞某110kV变电站与此次故障相关的电气接线如图1所示。2012年9月8日15：47，变电站值班员监盘时发现：10kVF20线路720开关跳闸，重合闸动作；同时，#2主变10kV侧502甲、502乙开关分闸，#2站用变压器变兼接地变压器524开关分闸，10kV2甲M、2乙M同时失压。

变电站迅速将跳闸和保护动作情况上报，并安排值班员到现场检查相关设备情况，通知相关人员对F20线路进行巡视。值班员检查后确认10kVF20线路720开关、#2站变兼接地变524开关、#2主变10kV侧502甲、502乙开关、2甲M、2乙M母线一次设备均无异常。

最终检查结果发现，15：47时，F20线路的C相发生接地故障，F20过流一段保护动作，跳开720开关，重合闸后接地故障仍存在，故障本应由F20零序保护切除，但由于F20电缆屏蔽层接地线安装错误，导致F20零序保护不能动作。因线路接地故障未能及时切除，10kV#2接地变高压零序电流保护动作，跳开502甲、502乙开关和524开关，造成10kV2甲M、2乙M母线失压。

图1某110kV变电站与故障相关的电气接线图

3．原因分析

常用的三芯电缆结构如图2所示。与单芯电缆不同的是，三芯电缆多采用两端直接接地方式，这是因为正常运行情况下，流过三个线芯的电流总和为零，金属屏蔽层外基本上没有磁链，因此金属屏蔽层两端就基本没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过金属屏蔽层。

图1所示，发生C相接地故障的F20三芯电缆的屏蔽层接地点一端在变电站侧，即零序CT附近，另一端在远方负荷侧。由于720开关下方的零序CT测得的零序电流值是720开关零序保护动作的依据，如零序CT测得的零序电流有误，将会直接影响720开关的零序保护动作，造成越级保护动作，使事故扩大。

图2常用的三芯电缆结构图

下面将详细分析此例事故中零序CT不能正确测量零序电流的原因。发生该事故的变电站为小电阻接地系统，一旦三芯电缆某相发生对地故障，就有可能使部分对地电流通过电缆屏蔽层、电缆屏蔽层的接地线流入大地，如与零序CT相邻的电缆屏蔽层接地线安装错误，将直接影响零序CT对零序电流的测量。

上述事故中电缆屏蔽层接地线的安装方式如图3所示，为了方便说明问题，这里只画出了发生接地故障的C相。如图3所示，电缆屏蔽层的接地点位于零序CT下方的B点位置，其接地线向上穿过零序CT后接地。

图3事故中的电缆屏蔽层接地线安装方式示意图

当电缆发生导体绝缘层破坏时，导体一般会先和金属屏蔽层短接，构成接地故障，并有可能在导体绝缘层破坏处击穿电缆外护套。正常运行情况下，零序CT测得的三相电流和为0，当C相发生接地故障时，零序CT只需准确测量出C相对地电流即可，所以以下分析只针对C相接地故障的接地电流，将不再考虑负荷电流。

当C相发生对地故障时，对地电流流向如图4所示。设A点为发生接地故障点，导体中流过的对地电流为I，如A点电缆外护套被击穿，则通过击穿处流入大地的电流为I（如外护套没被击穿，则I=0），通过变电站侧电缆屏蔽层接地线流入大地的电流为I，通过负荷侧电缆屏蔽层接地线流入大地的电流为I，由KCL有：

I=I+I+I(1)

由图4可知，零序CT测得的对地电流为：

I=I-I(2)

即

I=I+I(3)

图4发生接地故障时的对地电流流向图

如零序CT测量正确无误，则I=I，但由式(1)、(2)、(3)可知，由于I在零序CT里穿过了两次，且方向相反，故零序CT测量不到I，从而使测得的I小于实际流入大地的电流。

值得特别指出的