零序保護誤動作與引風機跳閘的分析研究

摘 要：本文介紹了引風機跳閘零序保護誤動作故障的查找過程，分析了引風機跳閘零序保護誤動作的原因，提出了在變頻改造施工恢復及正常運行中預防零

序保護誤動作的有效措施。

關鍵詞：電纜鋼鎧；接地線；零序；保護誤動作

1 引言

零序電流互感器是一種利用單相接地故障線路的零序電流值較非故障電路大的特征，用電流互感器取出零序電流信號使繼電器動作，實現有選擇性跳閘或發出信號。[1]

中性點不接地電網供電的3～6kV高壓電機在接地故障電流大于5A時，會燒壞電機鐵芯，故在線路始端應裝設單相接地保護裝置。[2]文獻[3]指出發電廠廠用電動機發生接地故障時，由于電動機動力電纜穿入零序電流互感器接線方式錯誤，零序過流保護拒動，故障越級到高壓廠用變壓器分支零序過流保護，保護出口邏輯設置錯誤，進而有可能造成機組跳閘。通過研究某電廠2A引風機跳閘零序保護誤動作故障的查找處理經過，分析了零序保護誤動作的原因，提出了在變頻改造施工恢復及正常運行中預防零序保護誤動作的相關措施。

2 情況經過

2012年2月14日20：57，某電廠#2機負荷為430MW，#2爐2A引風機跳閘，2A送風機聯跳，立即投油穩燃，快速減負荷至360MW，運行人員就地檢查2A引風機開關柜發現零序保護動作，通知檢修人員進行處理。檢修人員測量電氣一次設備絕緣良好、檢查保護裝置及二次回路無異常，檢查2A引風機電機動力電纜的鋼鎧及屏蔽層的接地情況，發現接地編織軟銅帶在按要求穿回零序電流互感器前已與固定鋼架構接觸，導致固定鋼架構與接地網直接相連，通過近一步分析確認了其通過零序電流互感器分流因素的存在。

3 檢查處理情況

3.1 一次設備檢查情況

1）6kV開關室內2A引風機開關確已跳閘，開關檢查無異常情況。變頻器小室內檢查一次設備無異常。電動機本體檢查無異常。對一次設備分別進行了耐壓試驗。試驗結果如下：

6kV開關室至變頻器室電纜耐壓試驗：直流24kV耐壓合格（A相：9微安，B相：10微安，C相：8微安）。

變頻器室至2A引風機電機（帶電機）耐壓試驗：直流15kV耐壓合格，其三相直阻分別為：0.1436歐、0.1435歐、0.1437歐，試驗均合格。

變頻柜高壓側耐壓試驗：三相均超過9600兆歐，直阻分別為：0.05755歐、0.05731歐、0.05755歐，試驗均合格。

6KV開關柜避雷器交流放電試驗結果：A相14kV、B相14.2kV、C相14kV，試驗均合格。

2）根據之前1月27日跳閘處理措施要求，打開6kV開關柜后蓋檢查6kV電纜屏蔽層接線。檢查發現屏蔽層接線正確，但是屏蔽層在穿回零序互感器前有與接地金屬物接觸現象。

3.2 二次設備檢查情況

檢查開關室2A引風機電機綜合保護裝置，發現“零序保護”動作信號發出。檢查二次回路正確，對綜合保護裝置進行采樣試驗，定值試驗，開關試驗位傳動試驗未發現異常。

4 原因分析

4.1 零序保護誤動作的原因及防范

由于技術水平及對零序電流互感器的了解不夠，所以在安裝上出現許多問題，有的甚至造成零序保護裝置在接地故障時拒動、保護越級，因此必須正確安裝零序電流互感器。[1]

根據《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范》GB50168-2006規定：三芯電力電纜終端處的金屬護層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應錫焊接地線。電纜通過零序電流互感器時，電纜金屬護層和接地線應對地絕緣；電纜接地點在互感器以下時，接地線應直接接地；接地點在互感器以上時，接地線應穿過互感器接地。[4]這主要是為保證發生接地故障時有零序電流從互感器中流過，當電纜接地線該穿零序電流互感器時未穿，一些不該穿零序電流互感器的反倒穿了，就可能造成事故接地時零序保護不能正確動作。

針對此次事故，由于引風機的零序保護在運行過程動作，這說明引風機電源穿過零序互感器的動力電纜有零序電流通過。經對設備檢查發現該電流不是故障電流，而是干擾電流或地網中的雜散電流。為防止動力電纜的零序互感器誤動，應采取將動力電纜的鋼鎧層兩端接地。因為電纜處在較為復雜、散亂的強磁場區，容易受雜散磁場的影響，從而在電纜芯線或者電纜的鋼鎧層上產生微弱的感應電流。將電纜的鋼鎧層兩端接地，就可以在電纜芯線外部產生一層屏蔽，防止感應電流對動力電纜的零序互感器的影響。

4.2 引風機誤動作的原因分析

經進一步檢查發現引風機電源高壓電纜為三芯，鋼鎧及銅屏蔽層都接地，而屏蔽層采用的是兩端接地。高壓電纜鋼鎧層端部在零序互感器上方，當電纜接地點在互感器以下時，應將接地線按要求穿回零序互感器，以保證鋼鎧層接地線上流過零序電流互感器的感應電流被抵消，防止零序保護誤動。該引風機電纜的鋼鎧接地編織軟銅帶一端與電纜銅屏蔽層及電纜鎧裝帶連接后，由上往下穿過零序互感器后再接地。

2A引風機電機零序保護在1月27日已動作一次，分析其動作原因是“動力電纜的鋼鎧及屏蔽層的接地編織軟銅帶穿回不清晰，存在通過零序互感器分流的因素”。由于2A引風機一直處于運行狀態，未能對該隱患進行及時確認和處理。2月14日2A引風機電機零序保護再次動作，經檢查發現接地編織軟銅帶在按要求穿回零序互感器前已與固定鋼架構接觸。由于固定鋼架構與接地網直接相連，進一步確認了其通過零序互感器分流因素的存在。在第一次零序保護動作后，雖然采取了臨時預防措施，將零序保護定值提高到原定值的1.5倍，但未起到相應的作用，致使保護再次動作。

根據現場情況及各種故障信息，對2A吸風機跳閘原因分析如下：

1）直接原因

動力電纜的鋼鎧和屏蔽層的接地編織軟銅帶在按要求穿回零序互感器前已與固定接地鋼架構接觸，當動力電纜兩側接地網出現短暫的電位差時，流過零序電流互感器的電流未被抵消，造成零序保護誤動。

2）間接原因

安裝人員在2A引風機變頻改造施工恢復，進行動力電纜接線時，接地編織軟銅帶的敷設與接線不符合規范要求。在第一次零序保護動作后，執行防范措施不及時到位。

5 防范措施

1）對6kV電纜鋼鎧及屏蔽層的接地線進行處理，在接地線與角鋼之間加絕緣橡膠進行隔離。

2）校驗保護裝置靈敏度并考慮規程及配合問題，將2A引風機零序保護定值由10A（一次值）改為15A（一次值），將動作時間從0s延長至0.3s，以躲過暫態電流。

3）檢查2A引風機變頻室內設備接地與主廠房地網連接是否正常，選取多點進行測量，檢查接地電阻是否合格。

6 結語

本文介紹了某電廠引風機跳閘零序保護誤動作的檢查處理經過，分析了零序保護誤動作的原因，提出了在變頻改造施工恢復及電力運行中預防零序保護誤動作的有效措施。我們應當針對相應原因正確處理6kV電纜鋼鎧及屏蔽層的接地線，選擇正確接地線穿過零序互感器的方式，校驗保護裝置的靈敏度及配合，以躲過暫態電流，盡可能減少零序保護的誤動作，保障設備的安全穩定運行。

參考文獻

[1]周家春.10kV零序電流互感器安裝應注意的事項[J].廣東輸電與變電技術，2007， （04）：37-38.

[2]張文華，張英民.電纜頭與零序電流互感器安裝位置的關系剖析[J].電工技術，2004， （04）：46-47.

[3]高永峰，邢立新.高壓廠用變壓器分支零序過流保護動作原因分析[J].內蒙古電力技術，2010， （01）：50-51.

[4]中華人民共和國建設部.GB50168-2006電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范，中國計劃出版社，2006

作者簡介：秦紹俊（1983-）男，華北電力大學電氣與電子工程學院專業學位研究生。主要研究方向：電力系統及其自動化。現任職國電聊城發電有限公司生產技術部。