苏州轨道交通2号线35kV电缆终端头故障保护动作情况分析

邱运平

摘要：苏州轨道交通2号线35kV开关柜采用的是电缆穿芯式电流互感器，采用此类互感器后，对继电保护将产生一定的影响。本文分析了该工程电缆终端头发生故障时，系统配置的继电保护动作情况，同时也提出了电缆终端头施工安装时应注意的事项。

关键词：城市轨道交通;35kV开关柜;电流互感器;电缆终端头;继电保护

1. 引言

苏州轨道交通2号线中压供电系统采用110/35kV集中式供电方式，35kV系统采用小电阻接地系统，该工程环网电缆采用单芯电缆，35kV开关柜使用的电流互感器为电缆穿芯式电流互感器。

环网电缆金属层采用两端接地的方式，为了避免电缆金属保护层和大地构成的回路与电流互感器形成交链，影响电流互感器测量的准确性，在安装电缆终端头时，将电缆的金属层引出线回穿电流互感器后再接地，如图1所示。

如果电缆金属层中出现感应电流或者有外部电流侵入电缆金属层，流过电缆自身的金属层和金属层引出线（铜编织带）上的电流为同一电流，且刚好从相反的方向穿过电流互感器，故能互相抵消掉磁场，使电流互感器只测量出电缆芯线流过的电流，避免了因金属层流过电流而导致的测量误差。但是这种方式在电缆终端头发生故障时，保护的动作情况发生了一定的变化，而高压电缆终端头是绝缘的薄弱点，容易发生故障，因而有必要对电缆终端头故障时保护的动作情况进行分析研究。

2. 电缆终端头故障时保护动作情况分析

在本系统中，正线变电所35kV环网供电系统配置了光纤纵差保护和电流选跳保护分别作为环网电缆和35kV开关柜的主保护;当母线主保护动作后仍然无法切除故障电流时，则上一级断路器的母线后备保护将动作出口，将故障切除。其中光纤纵差保护是利用光缆将电缆两端的保护装置纵向连接起来，两端的保护装置将各自测量的电流传送给对侧，将两端的电流进行比较，从而判断故障点是否在区内，通常其保护范围为两端的电流互感器之间的区域，因而作为环网电缆的主保护。下面将以图2所示的35kV供电系统供电示意图为例，对各个电缆终端头故障的情况进行逐一分析。

2.1环网出线电缆终端头故障

当环网出线电缆终端头（如图2中CT1与CB1之间的电缆终端头）发生对金属层或者铜编织带放电时，与CT1、CT2匝链的电流如图3所示。对于CT1，电缆金属层和铜编织带流过的故障电流方向相同，此时电流互感器CT1能检测到的电流为Ict1=I2+I3;对于CT2，电缆金属层和铜编织带流过的故障电流大小相等且流入CT2的方向相反，因而CT2检测到的电流为0;故此时CT1与CT2间的差动电流为Id= Ict1- Ict2=I2+I3，因此，发生此类故障时光纤纵差保护将动作跳闸。当发生电缆终端头对柜体放电，无故障电流流过铜编织带或电缆金属层时，由于CT1、CT2均检测不到故障电流，因此光纤纵差保护不会动作，则需上一级断路器的母线主保护动作将故障切除。

2.2环网进线电缆终端头故障

当环网进线电缆终端头（如图2中CT2与CB2之间的电缆终端头）发生对金属层或者铜编织带放电时，与CT1、CT2匝链的电流如图4所示。对于CT2，由于流过电缆金属层和铜编织带的电流与流过电缆线芯的电流方向相反，此时电流互感器CT2能检测到的电流为Ict2=I1-I2-I3;对于CT1，电缆金属层和铜编织带流过的故障电流大小相等且流入CT1的方向相反，因而CT1检测到的电流为Ict1=I1;故此时CT1与CT2间的差动电流为Id= Ict1- Ict2=I2+I3，因而光纤纵差保护仍然能动作，将故障切除。如果发生电缆终端头对柜体放电，且无故障电流流过铜编织带或电缆金属层时，由于CT1和CT2电流互感器检测到的故障电流为同一电流，差动电流为零，因此光纤纵差保护不会动作，由于II母的出线、馈线均无故障电流，此时CB2断路器的母线主保护将动作跳闸，但由于故障点位于CB2断路器的下端头，故无法切除故障点，则需要CB1断路器的母线后备保护动作，将故障切除。

2.3馈线电缆终端头故障

当馈线电缆终端头（如图2中CT3与CB3之间的电缆终端头）发生对金属层或者铜编织带放电时，与馈线电流互感器匝链的电流与环网出线电缆终端头故障时的情况类似，此时馈线电流互感器仍然能检测到故障电流，馈线保护能够正常动作。当发生电缆终端头对柜体放电，且无故障电流流过铜编织带或电缆金属层时，馈线保护不会动作，则需上一级断路器的母线主保护动作将故障切除。

通过以上分析，我们得到以下几点结论：

1）光纤纵差保护的保护范围并不限于两端的电流互感器之间的区域，其保护范围还包含了两端的电缆终端头。

2）当发生环网进线电缆终端头故障，且无故障电流流过电缆金属层和铜编织带时，虽然故障所的母线主保护正常动作，但仍然无法切除故障，需要上一级变电所出线断路器母线后备保护动作将故障切除。

3）馈线电缆终端头也在馈线保护的保护范围内。

系统各电缆终端头故障时保护动作情况如表1所示。

3. 电缆终端头施工安装应注意的问题

通过以上分析可知，采用电缆穿芯式电流互感器的系统，电缆终端头在施工时必须注意两点：一是电缆金属层引出线不得直接接地，必須回穿电流互感器后再接地，否则可能引起保护误动或者保护拒动;二是电缆金属层引出线在电缆头至电流互感器的一段必须对地绝缘，防止流过金属层引出线的电流在电流互感器前面泄露，同时也防止杂散电流流过电缆金属层引出线，导致测量不准确而引起保护误动或者拒动。

4. 结语

由于本系统采用的是电缆穿芯式电流互感器，其特殊的接线形式导致继电保护的动作情况更加复杂。因此在进行保护动作分析时，不仅要考虑电流、电压的二次接线形式，同时也应充分分析一次系统的接线形式，才能厘清保护动作的真实原因，提高故障处置的效率。

参考文献：

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