多條電纜并聯時零序電流互感器的二次側接線方式

趙 爽 武春艷

中國航天科工飛航技術研究院 北京 100074

1 問題的提出

當同一出線斷路器下口兩條或多條電纜并聯時,零序電流互感器二次側出線如何引接至保護裝置的交流輸入通道,這是一個非常困擾施工人員的問題,目前行業內也有一定爭議。在理想情況下,兩條或多條電纜上安裝的零序電流互感器二次側應該獨立引線至微機保護裝置交流插件上相互獨立的多個零序電流通道內,這樣才能完全避免相互影響。例如,小電流接地選線裝置面向全站采集信息,可以實現將并聯電纜中的每一根接入獨立的通道。此種接線方式既可以避免串聯、并聯對最終零序電流大小的影響,又能夠在選線時精確定位故障電纜。

但實際情況是,常用的微機保護裝置上只有一路零序電流輸入,如圖1所示北京四方繼保自動化股份有限公司CSC-211型饋線保護裝置交流插件輸入通道。對此,零序電流互感器接線方式問題仍然無法避免,有必要進行研究。

2 標準條文

電力行業標準DL/T 5153—2002《火力發電廠廠用電設計技術規定》第9.2.4條規定,如果回路中有兩根及兩根以上電纜并聯,并且每根電纜上分別安裝零序電流互感器,那么應該將各零序電流互感器二次繞組串聯之后接至繼電器。

這一條文主要是針對發電廠廠用電,以輸入至繼電器的容量較大為原則對接線方式進行選擇,主要目的是保證反映單相接地故障的零序電流保護動作的靈敏性。

3 電流分析

由電流源和電壓源定義可以知曉,嚴格意義而言,電流互感器既不是電流源也不是電壓源,其二次電流大小根據一次負荷電流的變化而變化。因此,輸入至保護裝置的零序電流大小需要根據內阻抗與負載阻抗的大小關系分三種情況討論。第一,當負載阻抗等于零序電流互感器內阻抗時,串聯與并聯情況相同。第二,當負載阻抗大于零序電流互感器內阻抗時,串聯接線輸入至保護裝置的零序電流大。第三,當負載阻抗小于零序電流互感器內阻抗時,并聯接線輸入至保護裝置的零序電流大。

以同一回路有兩根電纜并聯為例進行分析,零序電流互感器二次側串聯接線如圖2所示,二次側并聯接線如圖3所示。零序電流互感器二次側串聯接線等效電路如圖4所示,二次側并聯接線等效電路如圖5所示。

圖1 CSC-211型饋線保護裝置交流插件輸入通道

圖2 零序電流互感器二次側串聯接線

圖3 零序電流互感器二次側并聯接線

圖4 零序電流互感器二次側串聯接線等效電路

圖5 零序電流互感器二次側并聯接線等效電路

負載阻抗Zj等于零序電流互感器的內阻抗Zi時,零序電流互感器二次側串聯接線,輸入至保護裝置的電流I為:

(1)

負載阻抗Zj等于零序電流互感器的內阻抗Zi時,零序電流互感器二次側并聯接線,輸入至保護裝置的電流I為:

(2)

由式(1)、式(2)的計算結果可以看出,負載阻抗等于零序電流互感器內阻抗時,零序電流互感器二次側串聯接線和二次側并聯接線輸入至保護裝置的電流是相等的。

負載阻抗Zj遠大于零序電流互感器內阻抗Zi時,零序電流互感器二次側串聯接線,輸入至保護裝置的電流I為:

I≈2E/Zj

(3)

負載阻抗Zj遠大于零序電流互感器內阻抗Zi時,零序電流互感器二次側并聯接線,輸入至保護裝置的電流I為:

I≈E/Zj

(4)

由式(3)、式(4)的計算結果可以看出,負載阻抗遠大于零序電流互感器內阻抗時,零序電流互感器二次側串聯接線輸入至保護裝置的電流是二次側并聯接線輸入至保護裝置的電流的2倍。

負載阻抗Zj遠小于零序電流互感器內阻抗Zi時,零序電流互感器二次側串聯接線,輸入至保護裝置的電流I為:

I≈E/Zi

(5)

負載阻抗Zj遠小于零序電流互感器內阻抗Zi時,零序電流互感器二次側并聯接線,輸入至保護裝置的電流I為:

I≈2E/Zi

(6)

由式(5)、式(6)的計算結果可以看出,負載阻抗遠小于零序電流互感器內阻抗時,零序電流互感器二次側串聯接線輸入至保護裝置的電流是二次側并聯接線輸入至保護裝置的電流的1/2。

由于零序電流互感器的內阻抗很小,一般情況下負載阻抗大于零序電流互感器內阻抗,因此二次側采用串聯接線能使輸入至保護裝置的電流更大。

4 接地系統分析

由上述分析可知,一般情況下零序電流互感器二次側串聯接線獲得的短路電流會大于二次側并聯接線,采用串聯接線對于微機保護中的零序電流保護而言更有意義,因為零序電流越大,保護裝置動作越靈敏,這樣就能夠更早發現并切除故障。

在新版電力行業標準DL/T 5153—2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》中,已經將對應條文修改為“應將各零序電流互感器二次繞組串聯或并聯之后接至繼電器”,可見串聯接線還是并聯接線,并不是絕對正確或絕對錯誤的做法,需要視具體情況而定。客觀情況是,二次側串聯接線在大部分情況下更加適用于中性點有效接地系統,因為其要求配置動作于跳閘的零序電流保護。對于非有效接地系統而言,零序電流保護并不一定要求投入,即使投入,也不要求動作于跳閘。國家標準GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》第4.4.3.1條規定,在發電廠和變電站母線上,應安裝單相接地監視裝置,監視裝置反映零序電壓,動作于發出信號。GB/T 14285—2006第4.4.3.2條規定,有條件安裝零序電流互感器的線路,如電纜線路,應裝設動作于信號的單相接地保護。非有效接地系統更多通過采集零序電壓保護來實現單相接地故障的監視,而保護裝置獲取更大零序電流并不是特別重要。多個零序電流互感器二次側串聯,一旦有一個零序電流互感器二次側發生斷路,將導致整個回路中其它零序電流互感器二次側均處于斷路狀態,增大了由于二次側斷路產生過電壓的概率。因此,零序電流互感器二次側并聯接線方式更適合用于非有效接地系統。

5 結束語

筆者對多條電纜并聯情況下零序電流互感器二次側采用串聯接線還是并聯接線的問題進行了分析,根據不同接地系統保護配置的特點給出了所適用的接線方式。多年來,筆者所在單位自管配電網均為不接地系統,零序電流保護均未投入,零序電流互感器采用二次側并聯接線更為適用。