技术与应用 ｌ ＯｋＶ电机零序电流保护的误动原因分析 刘学武 王国伟 栗进波 （山西潞安煤基合成油有限公司，山西长治０４６０００） 摘要 本文分析了１ＯｋＶ三芯电缆屏蔽层接地对零序电流保护的影响，并对本次故障波形中的零序 电流做出了合理的解释。 关键词：零序电流；电缆；屏蔽层 Ｔｈｅ Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｒｅａｓｏｎ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ １ ０ｋＶ Ｍｏｔｏｒ Ｚｅｒｏ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ＬｉｕＸｕｅｗｕ Ｗａｎｇ Ｇｕｏｗｅｉ ＬｉＪｉｎｂｏ （Ｓｈａｎｘｉ Ｌｕ’ａｎ Ｃｏａｌ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｚｈｉ，Ｓｈａｎｘｉ ０４６０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ １ ０ｋＶ ｔｈｒｅｅ－－ｃｏｒｅ ｃａｂｌｅ ｓｈｉｅｌｄ ｇｒｏｕｎｄ ｔｏ ｚｅｒｏ－—ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｔｏ ｚｅｒｏ－ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ａｖｅｆｏｒｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｚｅｒｏ—ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｕｒｒｅｎｔ；ｃａｂｌｅ；ｓｈｉｅｌｄ 目前化工企业的供配电多采用１０ｋＶ三芯电缆， 导致１０ｋＶ配电网对地电容电流增大。为了防止电 Ｃ相电流的波形正常为标准正弦波，零序电流的波 形已经严重偏离正弦波形，畸变的电流波形中含有 大量的谐波成分。一般发生接地故障时会出现故障 相电压降低、非故障相电压升高的典型故障波形【２］， 而本次零序电流保护动作前后ＡＢＣ三相相电压波 缆单相接地故障时发展成相间故障，在１０ｋＶ母线 上加装ｚ型接地变经小电阻接地为ｌ０ｋＶ系统提供 中性接地点…。当１０ｋＶ电缆出线发生接地故障时系 统中就会出现零序电流，保护装置零秒动作切除故 障线路。１０ｋＶ电缆出线柜均配置有零序ＣＴ，保护 装置采用零序ＣＴ获得零序电流。为了人身及设备 的安全，要求１０ｋＶ三芯电缆的屏蔽层采用两端接 地方式。可是，在施工过程中时常发生电缆屏蔽接 地错误，引起零序电流保护误动事故发生。本文通 过一起零序电流保护误动原因的查找分析，来说明 电缆屏蔽层正确接地的重要性。 形稳定无异常，由此初步判定本次保护动作应该不 是由真正的接地故障造成。 ｌ 故障现象 ２０１２年１月份，开闭所１０ｋＶ泥浆泵电动机在 正常运行中发生零序电流保护动作跳闸，故障波形 如图１所示。从图中可知保护动作前Ａ、Ｃ相运行 电流１６．５Ａ（该电机额定电流为２３．２Ａ，分相ＣＴ仅 配置有Ａ、Ｃ两相），零序电流接近为０； ７０５ｍｓ 图１故障波形 ２故障原因的查找 零序电流保护动作的原因大致分为以下几类： 电缆或电动机接地故障、保护装置误动、零序ＣＴ 故障、电缆屏蔽层接地错误，下面针对这几种原因 进行逐一检查。 时出现零序电流波形， ７３６ｍｓ时零序保护０１出口 动作，此时零序电流达到稳定值３９．６Ａ。８０３ｍｓ时 断路器分闸，Ａ、ｃ相电流由１６．５Ａ变为０，奇怪的 是零序电流仍然为３９．６Ａ没有变化；从波形上看Ａ、 ４６ Ｊ电鼍技 ２０１３￣１期 ２．１检查电缆和电动机的绝缘性能 使用２５００Ｖ兆欧表检查电缆的相间绝缘、相对地 绝缘均为１０００Ｍｒ２左右，电动机绕组对地绝缘８００Ｍ￣Ｑ 左右，电缆、电动机的绝缘均合格。 ２．２检查保护装置的参数及可靠性 查看保护装置的定值、变比、基准电流等参数 设置都正确。泥浆泵电动机的零序电流保护定值为 １５Ａ、时限为０．０ｓ，跳闸时零序电流值为３８Ａ，大于 保护定值属于正常动作。对保护装置的零漂、零序 电流保护动作值、动作时限进行校验均合格。 ２．３零序ＣＴ的检查 零序ＣＴ安装牢固、外观正常，二次接线端无 松动。对该零序ＣＴ进行了绝缘测试、伏安特性测 试、直阻测试均正常。 ２．４检查电缆屏蔽层的接地 泥浆泵电动机的电缆外护套没有发现电缆破 损，电缆的母线侧屏蔽接地和电动机侧屏蔽接地都 没有松动现象。开关柜内的电缆终端头安装在零序 ＣＴ的上方，电缆铜屏蔽接地线没有穿过零序ＣＴ在 电动机侧接地如图２所示。 ３故障原因分析 正常运行时电缆三相电流矢量和为零，电缆屏 蔽层没有电流流过，零序ＣＴ的一次电流值接近为 零。当电缆单相或两相接地故障时，电缆相芯与电 缆屏蔽层短路，接地电流从故障相流向电缆屏蔽层， 顺着电缆屏蔽层流入接地点。故障时电缆三相电流 合成的零序电流会反映在零序ｃＴ一次侧，而ＣＴ二 次侧相应地产生二次电流驱动保护装置动作。 母线侧 零序（ ＝１ｌ 图２本次故障时母线侧屏蔽层接地 技术与应用 图３母线侧屏蔽层的正确接地 当电缆母线侧屏蔽层采用图２接地时，穿过零 序ＣＴ的电流为３［Ｏ＝Ｉａ％＋ｌｃ． 。根据上述故障录波 图１分析可知，本次保护动作前后无接地故障即 厶＋ ＋厶＝０， 此时穿过零序ＣＴ的电流为 ３Ｉ —Ｉｆ３９．６Ａ。 由于１０ｋＶ三芯电缆的屏蔽层采用母线侧、电 动机侧两端都接地，通常开闭所开关柜的接地电阻 比现场电动机的接地电阻要小，当现场电机外壳或 其连接的金属设备因为其他原因带电时，部分电流 ＾将会从电机侧沿着电缆屏蔽层回到母线侧并由开 闭所接地点流入大地。断路器分闸时切断的是ＡＢＣ 三相电缆的电流，屏蔽层电流＾来自电机现场而非 电力系统，这就解释清楚了为什么断路器已经分闸 还有３９．６Ａ的零序电流存在。 当电缆母线侧屏蔽层采用图３接地时，穿过零 序ＣＴ的电流３Ｉｏ＝１ａ＋１ｂ＋１ｃ Ｉｉ＋Ｉｏ。由于屏蔽层上的电 流＾与，。大小相等、方向相反，在零序ＣＴ中正好 相互抵消不会影响到电缆接地故障时三相合成的零 序电流在零序ＣＴ上的反映。因此，穿过零序ＣＴ的 电流也可表示为３１０＝Ｉａ％％，符合零序电流保护的 计算公式。 零序保护动作后到现场查看时发现泥浆泵电动 机附近有电焊作业，使用的电焊机型号为ＨＴ－ＮＢ５００ 便携式逆变电焊机，同时检修现场的临时电缆存在 多处破口。逆变电焊机工作原理如图４所示，其内 部含有二极管、ＩＧＢＴ等多种电力电子元器件＿３】。当 电焊机工作时将会产生大量的谐波，这与图１故障 波形中的零序电流波形发生严重畸变相吻合，从而 验证了电缆屏蔽层按照图２所示接地时，电动机现 场的干扰电流将会流入开闭所接地点，造成零序电 流保护误动作。 （下转第５２页） ２ｏ１３￣１期电气技搽ｌ ４７ 技术与应用 表４ 电缆受压（船锚挤压）时压力场 及光纤传感器检测到的压强 船锚挤压量／ｍｍ 铠装层最大压强／ＭＰａ 传感器最大压强／１ ａ Ｏ ２ ４ 参考文献 【１】 李小峰，唐兴佳．高压交联聚乙烯绝缘海底电缆载流 量分析［Ｊ］．实用技术与管理，２０１０（６）：３９．４２． ［２］ 李荣伟，李永倩．高压电缆用分布式光纤传感器检测 系统［Ｊ］．光纤与电缆及其应用技术，２０１０（１）：３８—４２． 【３】龙望成，高炎辉，关根志．交叉互联接线的交联聚乙烯 （ＸＬＰＥ）电力电缆绝缘在线监测理论分析ｆＪ］．电力自 动化设备，２００８（３）：５９—６３． ０ ６－２０ １４．７Ｏ Ｏ ０．５８ １．４８ ６ ２２．９０ ２．４６ ４结论 根据本文的仿真计算，海底２２０ｋＶ及以下高压 电缆，同轴铺设６芯复合光纤。这个用来作为传感 器使用的传感光缆，通过传感单元，进行光纤干涉 信号的解调分离。再通过信号电缆将解调的信号， 传递到中控计算机。进行信号的实时处理。 —一 ［４】 蒋奇，张建，杨黎鹏．海底高压动力电缆在线监测技术 与实验研究．［Ｊ］高电压技术，２００７，３３（８）：１９８．２０２． ［５］ 林楚劲．高电压直流耐压试验对电缆寿命的影响［Ｊ］． 电力设备，２００６，７（１）：７０—７２． ［６］ 韩伯锋．电力电缆试验及检测技术［Ｍ】．北京：中国电 力出版社，２００７：４９—５５． 逮 —一 —— ［７］ 吴广宁．电气设备状态监测的理论与实践［Ｍ］．北京： 秘 清华大学出版社，２００５．１０． ｑ 一 ［８】王洪新，程树康．ＸＬＰＥ老化过程中交流绝缘参数特性 【ＪＪ．高电压技术，２００５，３１（３）：７—９． 【９］ 张建民，谢书鸿．海上风电场电力传输与海底电缆的 图８分布式光纤测量原理 选择［Ｊ］．电气制造，２０１１（１１）． 通过实时监测温度场、压力场和电场，最后可 以将前文中介绍的这几类故障进行区分和提高故障 定位的精度。在目前的研究过程中，所分析的样本 和海底电缆参数主要参照中天海缆公司的２２０ｋＶ的 ［１０】朱德恒，严璋，谈克雄，等．电气设备状态监测与故障诊 断【Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９－３． ［１１］李洪．独立分量分析在变压器局部放电信号检测中的 应用研究［Ｄ］．武汉大学博士学位论文，２００７． 作者简介 黄辉（１９８０一）男，湖北省黄石市人，博士研究生、讲师，主要研 三芯高压海底电缆，所设置的故障也是针对２２０ｋＶ 的海缆结构来设置。尚没有广泛的涉及其他电压等 级与结构的海底电缆，准备下一步继续研究。但从 ＡＮＳＹＳ的场函数有限元结构分析来看，本次研究的 究方向为工业自动化控制，电力系统运行与控制。 结果也适用于其他电压等级和结构的海底电缆。 （上接第４７页） ｌＩ ｌ 序ＣＴ后制作电缆头，所以图２所示的接地方式较 为常见，其危害性也是最大的。在今后的电缆施工 及继保校验中应当引起重视。以杜绝此类现象的发 Ｔ Ｔ 撕八 限祭搋 逆蹙 生，提高零序电流保护动作的正确率。 参考文献 ［１］王莉英，刘峰，王森．城市１０ｋＶ配电网中性点采用小电阻 图４逆变电焊机原理图 ４结论 电缆屏蔽层的正确安装应是３颗电缆芯穿过零序 ＣＴ，屏蔽层不穿过零序ＣＴ，留在零序ＣＴ下面直接接 地。当电缆的屏蔽层已经穿过零序ＣＴ时，其屏蔽层连 接的编织软铜带应从上往下穿过零序ＣＴ后接地。 通过上述的分析，本次零序保护误动是由电缆 安装方面的错误造成。在实际施工过程中为了方便 电缆安装，工作人员通常会把三芯电缆整体穿过零 ｌ接地运行方式的意见ｆＪ］．西北电力技术，２０００（５）：７—１１． ［２】范迎青，高文逸．６～１０ｋＶ电网中性点经中电阻接地的单 相接地保护［Ｊ］．电力自动化设备，２０００（１）：１４．１６，１９． ［３］ 林辉．电力电子技术［Ｍ】．武汉：武汉理工大学出版社， ２００２ 作者简介 刘学武（１９８３一），男，学士，助理工程师，从事电气设备技术与管 理工作。 ５２ １电芎技术 ２０１３年第１期
