多条电缆并联时零序电流互感器的二次侧接线方式

赵 爽 武春艳

中国航天科工飞航技术研究院 北京 100074

1 问题的提出

当同一出线断路器下口两条或多条电缆并联时,零序电流互感器二次侧出线如何引接至保护装置的交流输入通道,这是一个非常困扰施工人员的问题,目前行业内也有一定争议。在理想情况下,两条或多条电缆上安装的零序电流互感器二次侧应该独立引线至微机保护装置交流插件上相互独立的多个零序电流通道内,这样才能完全避免相互影响。例如,小电流接地选线装置面向全站采集信息,可以实现将并联电缆中的每一根接入独立的通道。此种接线方式既可以避免串联、并联对最终零序电流大小的影响,又能够在选线时精确定位故障电缆。

但实际情况是,常用的微机保护装置上只有一路零序电流输入,如图1所示北京四方继保自动化股份有限公司CSC-211型馈线保护装置交流插件输入通道。对此,零序电流互感器接线方式问题仍然无法避免,有必要进行研究。

2 标准条文

电力行业标准DL/T 5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》第9.2.4条规定,如果回路中有两根及两根以上电缆并联,并且每根电缆上分别安装零序电流互感器,那么应该将各零序电流互感器二次绕组串联之后接至继电器。

这一条文主要是针对发电厂厂用电,以输入至继电器的容量较大为原则对接线方式进行选择,主要目的是保证反映单相接地故障的零序电流保护动作的灵敏性。

3 电流分析

由电流源和电压源定义可以知晓,严格意义而言,电流互感器既不是电流源也不是电压源,其二次电流大小根据一次负荷电流的变化而变化。因此,输入至保护装置的零序电流大小需要根据内阻抗与负载阻抗的大小关系分三种情况讨论。第一,当负载阻抗等于零序电流互感器内阻抗时,串联与并联情况相同。第二,当负载阻抗大于零序电流互感器内阻抗时,串联接线输入至保护装置的零序电流大。第三,当负载阻抗小于零序电流互感器内阻抗时,并联接线输入至保护装置的零序电流大。

以同一回路有两根电缆并联为例进行分析,零序电流互感器二次侧串联接线如图2所示,二次侧并联接线如图3所示。零序电流互感器二次侧串联接线等效电路如图4所示,二次侧并联接线等效电路如图5所示。

图1 CSC-211型馈线保护装置交流插件输入通道

图2 零序电流互感器二次侧串联接线

图3 零序电流互感器二次侧并联接线

图4 零序电流互感器二次侧串联接线等效电路

图5 零序电流互感器二次侧并联接线等效电路

负载阻抗Zj等于零序电流互感器的内阻抗Zi时,零序电流互感器二次侧串联接线,输入至保护装置的电流I为:

(1)

负载阻抗Zj等于零序电流互感器的内阻抗Zi时,零序电流互感器二次侧并联接线,输入至保护装置的电流I为:

(2)

由式(1)、式(2)的计算结果可以看出,负载阻抗等于零序电流互感器内阻抗时,零序电流互感器二次侧串联接线和二次侧并联接线输入至保护装置的电流是相等的。

负载阻抗Zj远大于零序电流互感器内阻抗Zi时,零序电流互感器二次侧串联接线,输入至保护装置的电流I为:

I≈2E/Zj

(3)

负载阻抗Zj远大于零序电流互感器内阻抗Zi时,零序电流互感器二次侧并联接线,输入至保护装置的电流I为:

I≈E/Zj

(4)

由式(3)、式(4)的计算结果可以看出,负载阻抗远大于零序电流互感器内阻抗时,零序电流互感器二次侧串联接线输入至保护装置的电流是二次侧并联接线输入至保护装置的电流的2倍。

负载阻抗Zj远小于零序电流互感器内阻抗Zi时,零序电流互感器二次侧串联接线,输入至保护装置的电流I为:

I≈E/Zi

(5)

负载阻抗Zj远小于零序电流互感器内阻抗Zi时,零序电流互感器二次侧并联接线,输入至保护装置的电流I为:

I≈2E/Zi

(6)

由式(5)、式(6)的计算结果可以看出,负载阻抗远小于零序电流互感器内阻抗时,零序电流互感器二次侧串联接线输入至保护装置的电流是二次侧并联接线输入至保护装置的电流的1/2。

由于零序电流互感器的内阻抗很小,一般情况下负载阻抗大于零序电流互感器内阻抗,因此二次侧采用串联接线能使输入至保护装置的电流更大。

4 接地系统分析

由上述分析可知,一般情况下零序电流互感器二次侧串联接线获得的短路电流会大于二次侧并联接线,采用串联接线对于微机保护中的零序电流保护而言更有意义,因为零序电流越大,保护装置动作越灵敏,这样就能够更早发现并切除故障。

在新版电力行业标准DL/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》中,已经将对应条文修改为“应将各零序电流互感器二次绕组串联或并联之后接至继电器”,可见串联接线还是并联接线,并不是绝对正确或绝对错误的做法,需要视具体情况而定。客观情况是,二次侧串联接线在大部分情况下更加适用于中性点有效接地系统,因为其要求配置动作于跳闸的零序电流保护。对于非有效接地系统而言,零序电流保护并不一定要求投入,即使投入,也不要求动作于跳闸。国家标准GB/T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》第4.4.3.1条规定,在发电厂和变电站母线上,应安装单相接地监视装置,监视装置反映零序电压,动作于发出信号。GB/T 14285—2006第4.4.3.2条规定,有条件安装零序电流互感器的线路,如电缆线路,应装设动作于信号的单相接地保护。非有效接地系统更多通过采集零序电压保护来实现单相接地故障的监视,而保护装置获取更大零序电流并不是特别重要。多个零序电流互感器二次侧串联,一旦有一个零序电流互感器二次侧发生断路,将导致整个回路中其它零序电流互感器二次侧均处于断路状态,增大了由于二次侧断路产生过电压的概率。因此,零序电流互感器二次侧并联接线方式更适合用于非有效接地系统。

5 结束语

笔者对多条电缆并联情况下零序电流互感器二次侧采用串联接线还是并联接线的问题进行了分析,根据不同接地系统保护配置的特点给出了所适用的接线方式。多年来,笔者所在单位自管配电网均为不接地系统,零序电流保护均未投入,零序电流互感器采用二次侧并联接线更为适用。