電纜接地故障保護(hù)動(dòng)作分析

朱成東

(酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān)735100)

引言

某建設(shè)單位在城網(wǎng)住宅線路改造施工時(shí)，誤將10 kV 南住宅配出市區(qū)1#開(kāi)閉所下方A 相電纜挖傷，電纜單相接地運(yùn)行23 min 后，造成同一系統(tǒng)內(nèi)機(jī)修二回電纜B 相絕緣擊穿接地，兩個(gè)開(kāi)路通過(guò)大地形成短路故障后同時(shí)跳閘，造成上級(jí)整段母線失壓，影響煉鋼、高線、中板等多個(gè)工序正常生產(chǎn)。

1 問(wèn)題的提出

故障發(fā)生后，設(shè)備維護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作信息進(jìn)行了搜集，在調(diào)閱保護(hù)定值時(shí)發(fā)現(xiàn)，南住宅是單獨(dú)的配出間隔，過(guò)流一段動(dòng)作時(shí)限是0 s，而機(jī)修二回是一個(gè)二級(jí)站所的電源進(jìn)線，為滿(mǎn)足兩級(jí)保護(hù)級(jí)差配合，過(guò)流一段時(shí)限設(shè)置為0.2 s。南住宅與機(jī)修二回發(fā)生短路，故障電流均達(dá)到過(guò)流一段動(dòng)作定值，但南住宅過(guò)流一段動(dòng)作跳閘后，故障點(diǎn)就應(yīng)該切除，機(jī)修二回過(guò)流保護(hù)不應(yīng)該再動(dòng)作。

2 保護(hù)裝置動(dòng)作原理

該10 kV 供電系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，配置有專(zhuān)用套管零序過(guò)流保護(hù)，套管零序過(guò)流即基波零序功率方向保護(hù)。邏輯框圖見(jiàn)圖1。

圖1 保護(hù)邏輯框圖

對(duì)于不接地的系統(tǒng)，基波零序功率方向保護(hù)動(dòng)作判據(jù)：

其中:IFP0為由專(zhuān)用套管CT 引入裝置“IFP0”通道的零序電流;

IFP0zd為接地選線零序過(guò)流定值;

U0zd為接地選線零序過(guò)壓定值;

Tzd為時(shí)限定值。

配置專(zhuān)用的零序互感器為接地故障時(shí)提供故障電流，微機(jī)保護(hù)裝置也有專(zhuān)用的零序接入通道，同時(shí)帶有零序電壓功率方向判據(jù)，保證了接地故障動(dòng)作可靠性，保護(hù)出口為發(fā)信和跳閘可選。因?yàn)殡娋W(wǎng)是內(nèi)部網(wǎng)架，相對(duì)比較薄弱。而且電氣設(shè)備使用年限較長(zhǎng)，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)單開(kāi)路套管零序過(guò)流保護(hù)都是投入跳閘功能，但因住宅線路既有架空線路又有直埋電纜，存在發(fā)生瞬時(shí)故障的可能，又牽扯民生問(wèn)題，所以幾個(gè)住宅線路套管零序過(guò)流保護(hù)投入0 s發(fā)信功能。

3 故障錄波分析

南住宅和機(jī)修二回都采用同一生產(chǎn)廠家的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置，要判別保護(hù)動(dòng)作是否正確，我們調(diào)取故障錄波進(jìn)行分析。

3.1 南住宅接地故障錄波分析

南住宅接地時(shí)刻故障錄波圖見(jiàn)圖2。

圖2 南住宅接地時(shí)刻故障錄波圖

南住宅故障信息表見(jiàn)圖3。

圖3 南住宅故障信息

由圖2、3 可以看出，在2021 年1 月17 日13:56:46:297 10 kV 南住宅發(fā)生A 相接地故障，A 相電壓瞬間掉至3 V，同時(shí)產(chǎn)生零序電壓和套管零序電流，微機(jī)保護(hù)裝置套管零序過(guò)流告警動(dòng)作，動(dòng)作值1.342 A,整定值0.065 A,時(shí)限0 s，此動(dòng)作只發(fā)信不跳閘，系統(tǒng)仍然保持接地運(yùn)行。

3.2 南住宅短路故障錄波分析

南住宅短路時(shí)刻故障錄波圖見(jiàn)圖4。

圖4 南住宅短路時(shí)刻故障錄波圖

南住宅、機(jī)修二回短路通道原理圖見(jiàn)圖5。

圖5 南住宅、機(jī)修二回短路通道原理圖

14：19：00：578 南住宅過(guò)流一段動(dòng)作跳閘，動(dòng)作電流二次值36.66 A，整定值25 A。從圖4 故障錄波可以看出，南住宅A 相和機(jī)修二回B 相發(fā)生接地短路故障，南住宅保護(hù)動(dòng)作后開(kāi)關(guān)由合位變?yōu)榉治唬珹相接地故障一并消除，電壓恢復(fù)正常。但由于機(jī)修二回過(guò)流一段時(shí)限0.2 s，而整個(gè)短路故障只持續(xù)87 ms，不滿(mǎn)足跳閘動(dòng)作條件，所以發(fā)生的短路故障并沒(méi)有造成機(jī)修二回跳閘，機(jī)修二回繼續(xù)接地運(yùn)行，系統(tǒng)接地由A相改為B相。

3.3 機(jī)修二回短路故障錄波分析

機(jī)修二回短路時(shí)刻故障錄波圖見(jiàn)圖6。

圖6 機(jī)修二回短路時(shí)刻故障錄波圖

在機(jī)修二回B 相接地35 s 后，由于本間隔電纜使用年限較長(zhǎng)，并且已經(jīng)遭受一次短路沖擊,在同一位置A 相電纜絕緣也被擊穿，此時(shí)電纜本體A、B 相短路，造成機(jī)修二回過(guò)流一段動(dòng)作跳閘。

通過(guò)故障錄波對(duì)整個(gè)動(dòng)作過(guò)程還原，機(jī)修二回跳閘原因趨于明朗，看似只有一起短路故障，實(shí)則發(fā)生了兩起，只是因?yàn)閮纱螘r(shí)間間隔太短且故障相別相同，所以給我們?cè)斐杉傧螅`判為是南住宅與機(jī)修二回接地短路故障是引起機(jī)修二回跳閘的原因。

經(jīng)過(guò)連續(xù)2 次短路，給整個(gè)系統(tǒng)造成了巨大的沖擊，尤其機(jī)修二回短路故障，其短路電流峰值高達(dá)1 萬(wàn)A 以上，A、B 兩相電壓幾乎下降為零，同一系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)負(fù)荷由于受電壓凹陷影響，全部啟動(dòng)欠壓保護(hù)造成跳閘，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)秩序。

4 防范措施

(1)對(duì)機(jī)修二回電纜檢查確認(rèn)，電纜位于支架水平敷設(shè)，排除由于應(yīng)力引起絕緣降低的因素，解剖該電纜發(fā)現(xiàn)主絕緣存在碳化通道，判斷為絕緣老化劣化。對(duì)機(jī)修二回電纜生產(chǎn)廠家、規(guī)格、使用年限進(jìn)行對(duì)接確認(rèn)，同時(shí)排查在用該廠家電纜并進(jìn)行建賬，加大設(shè)備點(diǎn)檢力度并優(yōu)化點(diǎn)檢方法，并對(duì)其開(kāi)展試驗(yàn)做到提前預(yù)防。

(2)對(duì)市區(qū)城網(wǎng)改造項(xiàng)目總包及建設(shè)單位開(kāi)展電力設(shè)施保護(hù)宣講，對(duì)道路下方電纜路由進(jìn)行公示，提前確認(rèn)市區(qū)道路開(kāi)挖工作時(shí)間，并進(jìn)行旁站監(jiān)護(hù)，嚴(yán)防外部人為事故再次發(fā)生。

(3)統(tǒng)計(jì)歷年住宅線路接地故障占比，如果永久性接地故障較多，則考慮將住宅線路套管零序保護(hù)發(fā)信功能改為跳閘，發(fā)生系統(tǒng)接地后能夠第一時(shí)間切除故障，減少次生故障，同時(shí)也滿(mǎn)足安全需求。

（4）積極推進(jìn)城網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移接待工作，將居民用電與工業(yè)用電進(jìn)行隔離，從而減少工業(yè)用電對(duì)居民用電電能質(zhì)量的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

如何預(yù)防電纜接地故障是電力行業(yè)安全運(yùn)行的一項(xiàng)難題，我們除了要做好日常的巡檢維護(hù)工作，更應(yīng)該加大電力安全設(shè)施的投入，并提前編制相應(yīng)的應(yīng)急處置方案，保證在發(fā)生故障后能準(zhǔn)確、快速查找故障點(diǎn)并進(jìn)行隔離，快速恢復(fù)送電，保證正常生產(chǎn)秩序。