10kV三芯电缆屏蔽层接地对零序电流保护的影响

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10kV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。

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），零序电流接近为零；705ms时出现零序电流波形，736ms时零序保护O1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变为零，奇怪的是零序电流仍然为39.6A没有变化；从波形上看A、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，而本次零序电流保护动作前后ABC三相相电压波形稳定无异常，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。

图1故障波形

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。

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1000MΩ左右，电动机绕组对地绝缘800MΩ左右，电缆、电动机的绝缘均合格。

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。

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。

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。

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。

图2本次故障时母线侧屏蔽层接地

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3I0=Ia+Ib+Ic-Ii。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Ia+Ib+Ic=0，此时穿过零序CT的电流为3I0=-Ii=39.6A。

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Ii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Ii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3I0=Ia+Ib+Ic-Ii+Io。由于屏蔽层上的电流Ii与Io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3I0=Ia+Ib+Ic，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等多种电力电子元件。

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。

图4逆变电焊机原理图

结论

电缆屏蔽层的正确安装应是三颗电缆芯穿过零序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序CT后制作电缆头，所以图2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生，提高零序电流保护动作的正确率。
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