10 kV零序TA二次验收常见问题分析

肖智刚，常荆华，王 刚，谢凌博，冯宇豪

(国网咸阳供电公司，陕西 咸阳 712000)

随着城市电网的不断发展，人们对城市环境及供电质量要求越来越高，10 kV架空线路正逐步落地，取而代之的是电缆出线越来越密集。根据10 kV不接地系统运行特点，单相接地时故障电流很小，三相之间线电压对称，可以继续运行1～2 h，一般由监控值班人员通过推拉方式选择故障线路，但当电缆发生故障无法及时切除导致电缆起火时，会引起电缆沟内其他电缆烧毁导致故障扩大。随着各地因10 kV电缆故障引起电缆沟起火导致大面积停电事故的多次发生，电网对10 kV中性点接地方式提出了新的要求，在电缆出线集中、电容电流较大的地区，系统单相接地故障时直接跳闸，不允许带故障持续运行，并要求投入零序保护。这就对零序TA的验收提出了更为严格的要求，本文针对继电保护专业对零序TA验收应注意的事项及其影响分析如下。

1 零序TA金属护层接地

零序TA主要用于监视线路发生不对称接地故障时电流，一般只有1个铁芯和1组保护用二次绕组。安装时，将一次三芯电缆穿过零序TA的铁芯窗孔，二次电缆接入保护装置或小电流接地选线装置用于跳闸或告警[1]。正常运行或发生三相故障时，一次回路的三相电流基本对称，零序电流为零。当发生不对称接地时，其一次三相和电流较大，将产生零序电流，从而在电缆金属护层产生感应电流，当有外破或击穿时，甚至在一次电缆金属护层中会流过故障电流，导致零序TA采样产生误差。

图1 电缆各部分电流分布示意图

根据GB 50168—2018《电气安装工程 电缆线路施工及验收标准》7.2.8要求“电力电缆金属护层接地线未随电缆芯线穿过互感器时，接地线应直接接地；随电缆芯线穿过互感器时，接地线应穿回互感器后接地”[2]。由图1分析可知，假设发生A相接地故障，故障电流为If，电缆金属护层流过电流为Im1，接地线流过电流为Im2，其中Im1≈Im2。

(a)金属护层穿过零序互感器

(b)金属护层未穿过零序互感器图2 零序TA典型安装方式

当电缆金属护层穿过互感器时，如图2(a)所示，接地线应穿回互感器后接地，零序TA感受到故障电流IK=If-Im1+Im2≈If，若接地线未穿回互感器而直接接地，则零序TA感受到故障电流IK=If-Im1，产生较大误差。

当电缆金属护层不穿过互感器时，如图2(b)所示，接地线应直接接地，此时零序TA感受到故障电流IK=If，若将接地线穿过互感器后再接地，则零序TA感受到故障电流IK=If-Im2，产生较大误差。

2 零序TA极性

目前变电站10 kV间隔零序电流大致可归纳为两种用途：当中性点不接地时，各间隔零序电流接至小电流接地选线装置，用于直接跳闸或者辅助监控值班员推拉选线(告警)；当中性点经小电阻接地时，零序电流回路接入线路保护，用于直接跳闸。具体分析如图3所示。

图3 10 kV系统典型电网图

2.1 中性点不接地系统

由图3典型电网接线图可知，当K点(接地变)开关打开时，本站10 kV为不接地系统，线路发生单相接地故障时，故障点与系统中性点之间无电流通路，故障线路的零序电流由其他非故障线路对地电容产生，非故障线路零序电流由本线路对地电容产生[3]。系统发生单相接地时，中性点电压上升为相电压-EA，且有UA0=-EA，向量图如图4所示。

图4 单相接地向量图

当线路3发生A相接地故障时，故障线路零序电流等于所有线路接地电容电流的总和，并滞后零序电压90°，如式1所示。

IKA3=-jω(C1+C2)U0

(1)

非故障线路零序电流等于本线路对地电容电流，并且超前零序电压90°，如式2所示。

IKA1=jωC1U0

(2)

由于在不接地系统中，故障线路零序电流与非故障线路零序电流有着截然相反的相位关系，这对小电流选线装置对故障线路的判断有着重要的影响，就要求二次人员在现场验收过程中，确保全站10 kV母线及线路零序TV及TA极性保持一致。

2.2 中性点经小电阻接地系统

当图3中K点闭合时，该系统为中性点经小电阻接地系统，其单相接地时故障电流如式(3)所示。

(3)

对于10 kV电缆线路，单相接地时每km对地电容电流如式(4)所示[4]。

(4)

式中：S为电缆截面积，mm2；Un为系统额定线电压，kV。

系统中性点选用10 Ω电阻接地时，当一条5 km出线选用截面积240 mm2电缆，其单相接地中性点电流可限制在600 A左右，而对地电容电流约为9.8 A，系统对地电容电流可忽略。根据国网相关规范要求，10 kV线路零序电流保护均应不带方向，以避免零序电流回路极性错误造成保护拒动。因此在经小电阻接地系统中，零序TA极性对保护正确动作影响不大，但为方便管理及运维，建议全站线路零序TA极性保持一致。

3 同一开关柜接入多回电缆

由于单根电缆载流量不满足负荷要求或者变电站间隔不足，现部分变电站10 kV间隔存在同一开关柜接入多回电缆出线的情况，现对其影响分析如下。

3.1 中性点不接地系统

对于中性点不接地系统，主要应用小电流接线选线装置判断故障线路[5]。而小电流选线通常采用群体比幅比相原理，先对所有出线零序电流的幅值排队，选出前3条幅值最大的线路，再根据故障线路与非故障线路电流反相特征，并辅以5次谐波原理，选出故障线路[6]。

图5 压接电缆开关柜零序示意图

假设一条10 kV母线上有n条出线，其中m条线路接入了同一开关柜，且本站电缆线路参数相同，对地电容均为C。则无论一个零序TA套入多条线路或采用多组出线零序电流和电流方式接入时，该开关采集的零序电流均为m条出线的和电流，会导致出现以下情况。

a.故障线路在本间隔时，其零序电流

I0=-jω(n-m)CU0

(5)

此时，保护采样的零序电流减小，可能导致选线不正确而据动。

b.故障线路在其他间隔，故障电缆间隔保护采样的零序电流为

I0=-jω(n-1)CU0

(6)

压接电缆的间隔零序电流为

I0=jωmCU0

(7)

此时，非故障间隔零序电流增大，可能导致误动。

由以上分析可得，当同一开关柜接入多条电缆时，无论故障是否在本间隔，对小电流选线装置的正确率均会产生影响，且压接电缆比例越大，影响越大。

3.2 中性点经小电阻接地系统

由于中性点经小电阻接地后，电缆单相接地时，电容电流可忽略不计，因此故障线路与非故障线路电流存在明显幅值差异。当同一开关柜接入2条及以上电缆时，可以装设大内径零序TA，如互感器内径不足无法套入多条电缆需使用多个零序TA时，二次侧必须并联使用。此时，任一电缆发生故障，对应开关均能正确跳闸。

4 结语

鉴于目前电缆出线越来越密集，为防止故障范围扩大，10 kV电缆单相接地已逐步改造为直接跳闸，不允许带故障持续运行。在验收过程中，应根据零序TA位置，重点关注电缆金属护层的接地线安装是否正确，防止感应电流的存在对零序电流采样产生误差。对于中性点不接地系统，零序TA极性和开关柜电缆压接均对小电流接地选线正确性有显著影响，验收中应进行零序TA极性试验。对于中性点经小电阻接地系统，零序TA极性和开关柜电缆压接对保护正确动作影响较小，但为便于运行维护，应保持全站零序TA极性一致，避免同一开关柜接入多回电缆。