电缆接地故障保护动作分析

朱成东

(酒钢集团宏晟电热公司，甘肃嘉峪关735100)

引言

某建设单位在城网住宅线路改造施工时，误将10 kV 南住宅配出市区1#开闭所下方A 相电缆挖伤，电缆单相接地运行23 min 后，造成同一系统内机修二回电缆B 相绝缘击穿接地，两个开路通过大地形成短路故障后同时跳闸，造成上级整段母线失压，影响炼钢、高线、中板等多个工序正常生产。

1 问题的提出

故障发生后，设备维护人员对现场保护动作信息进行了搜集，在调阅保护定值时发现，南住宅是单独的配出间隔，过流一段动作时限是0 s，而机修二回是一个二级站所的电源进线，为满足两级保护级差配合，过流一段时限设置为0.2 s。南住宅与机修二回发生短路，故障电流均达到过流一段动作定值，但南住宅过流一段动作跳闸后，故障点就应该切除，机修二回过流保护不应该再动作。

2 保护装置动作原理

该10 kV 供电系统为不接地系统，配置有专用套管零序过流保护，套管零序过流即基波零序功率方向保护。逻辑框图见图1。

图1 保护逻辑框图

对于不接地的系统，基波零序功率方向保护动作判据：

其中:IFP0为由专用套管CT 引入装置“IFP0”通道的零序电流;

IFP0zd为接地选线零序过流定值;

U0zd为接地选线零序过压定值;

Tzd为时限定值。

配置专用的零序互感器为接地故障时提供故障电流，微机保护装置也有专用的零序接入通道，同时带有零序电压功率方向判据，保证了接地故障动作可靠性，保护出口为发信和跳闸可选。因为电网是内部网架，相对比较薄弱。而且电气设备使用年限较长，整个系统内单开路套管零序过流保护都是投入跳闸功能，但因住宅线路既有架空线路又有直埋电缆，存在发生瞬时故障的可能，又牵扯民生问题，所以几个住宅线路套管零序过流保护投入0 s发信功能。

3 故障录波分析

南住宅和机修二回都采用同一生产厂家的微机保护测控装置，要判别保护动作是否正确，我们调取故障录波进行分析。

3.1 南住宅接地故障录波分析

南住宅接地时刻故障录波图见图2。

图2 南住宅接地时刻故障录波图

南住宅故障信息表见图3。

图3 南住宅故障信息

由图2、3 可以看出，在2021 年1 月17 日13:56:46:297 10 kV 南住宅发生A 相接地故障，A 相电压瞬间掉至3 V，同时产生零序电压和套管零序电流，微机保护装置套管零序过流告警动作，动作值1.342 A,整定值0.065 A,时限0 s，此动作只发信不跳闸，系统仍然保持接地运行。

3.2 南住宅短路故障录波分析

南住宅短路时刻故障录波图见图4。

图4 南住宅短路时刻故障录波图

南住宅、机修二回短路通道原理图见图5。

图5 南住宅、机修二回短路通道原理图

14：19：00：578 南住宅过流一段动作跳闸，动作电流二次值36.66 A，整定值25 A。从图4 故障录波可以看出，南住宅A 相和机修二回B 相发生接地短路故障，南住宅保护动作后开关由合位变为分位，A相接地故障一并消除，电压恢复正常。但由于机修二回过流一段时限0.2 s，而整个短路故障只持续87 ms，不满足跳闸动作条件，所以发生的短路故障并没有造成机修二回跳闸，机修二回继续接地运行，系统接地由A相改为B相。

3.3 机修二回短路故障录波分析

机修二回短路时刻故障录波图见图6。

图6 机修二回短路时刻故障录波图

在机修二回B 相接地35 s 后，由于本间隔电缆使用年限较长，并且已经遭受一次短路冲击,在同一位置A 相电缆绝缘也被击穿，此时电缆本体A、B 相短路，造成机修二回过流一段动作跳闸。

通过故障录波对整个动作过程还原，机修二回跳闸原因趋于明朗，看似只有一起短路故障，实则发生了两起，只是因为两次时间间隔太短且故障相别相同，所以给我们造成假象，误判为是南住宅与机修二回接地短路故障是引起机修二回跳闸的原因。

经过连续2 次短路，给整个系统造成了巨大的冲击，尤其机修二回短路故障，其短路电流峰值高达1 万A 以上，A、B 两相电压几乎下降为零，同一系统内生产负荷由于受电压凹陷影响，全部启动欠压保护造成跳闸，严重影响了正常生产秩序。

4 防范措施

(1)对机修二回电缆检查确认，电缆位于支架水平敷设，排除由于应力引起绝缘降低的因素，解剖该电缆发现主绝缘存在碳化通道，判断为绝缘老化劣化。对机修二回电缆生产厂家、规格、使用年限进行对接确认，同时排查在用该厂家电缆并进行建账，加大设备点检力度并优化点检方法，并对其开展试验做到提前预防。

(2)对市区城网改造项目总包及建设单位开展电力设施保护宣讲，对道路下方电缆路由进行公示，提前确认市区道路开挖工作时间，并进行旁站监护，严防外部人为事故再次发生。

(3)统计历年住宅线路接地故障占比，如果永久性接地故障较多，则考虑将住宅线路套管零序保护发信功能改为跳闸，发生系统接地后能够第一时间切除故障，减少次生故障，同时也满足安全需求。

（4）积极推进城网负荷转移接待工作，将居民用电与工业用电进行隔离，从而减少工业用电对居民用电电能质量的影响。

5 结束语

如何预防电缆接地故障是电力行业安全运行的一项难题，我们除了要做好日常的巡检维护工作，更应该加大电力安全设施的投入，并提前编制相应的应急处置方案，保证在发生故障后能准确、快速查找故障点并进行隔离，快速恢复送电，保证正常生产秩序。