如何避免高压电缆零序保护的错误报警

时间：2024-05-20

李琳

中石油辽河石化公司电工车间，辽宁盘锦 124000

1 发生故障时线路的电流与电压的变化

我国的电缆供电等级一般为6kV～35kV，接地方式一般有中性点不接地、经消弧线圈接地和经高值阻抗接地三种小电流接地方式，这些接地方式都有各自的优缺点。本例中以6kV中性点不接地线路进行简介。中性点不接地系统的模型如图1所示，三相电压分别为各相对地电容分别为C1、 C2、C3，N为中性点。线路运行正常时，系统的各相电压对称，中性点参考电压为零，故在系统中的零序电压电流都是零。当出现单相接地故障，中性点的电压变为相电压，出现故障的相参考电压变为为零，非故障的相电压变为倍的正常情况下相电压，这时，线路的相电压变得不再对称，进而导致零序电压和零序电流的出现，此时的零序电压正常相电压相同。如图1所示，中性点不接地系统的一个重要特征就是故障相流过的零序电流为非故障各条线路所有零序电流的和。中性点不接地系统在出现单相接地故障时，它的暂态特性具以下明显的特征：

1）在发生单相接地故障以后，线路具有很大的零序容抗，非故障的所有线路具有基本相同的零序电流，非故障相电流之和与故障相电流相同；2）在幅值方面，零序电流在故障线路要比任何一条正常线路的对地电容电流要大；零序电流的相角在故障线路上要超前零序电压90°，在正常线路则滞后零序电压90°。

图1 中性点不接地系统模型

2 零序保护原理的简介

电缆线路出现单相接地故障时，零序电压会在整条线路出现，零序电压短路点与相电压在数值上相同。而对于非故障元件，零序电流与本相对地电容电流在数值上是相等的，容性的无功功率在潮流的流动上，是由母线流向线路的，而故障元件则相反，零序电流在数值上与系统所有非故障元件对地电容电流相量之和相同，无功功率容性潮流由线路流向母线。

2.1 零序电流保护

由于发生故障时，故障线路的零序电流比非故障线路大，这样就可让保护装置有选择性地发出信号或动作于跳闸，这就是零序电流保护的原理。本例中，在母线馈出线的首段安装零序电流互感器，当发生故障时，基于电磁感应原理的二次侧的零序电流继电器动作发出信号。为了使保护不误动，当单相接地电流较大时，可由三个电流互感器接成零序电流滤过器作为保护装置。这就可以使得故障电流可以克服因为零序电流滤过器中的不平衡电流导致的装置误动作的缺陷。

2.2 方向性零序电流保护

其原理就是利用零序功率方向在故障线路与非故障线路上是不同的这一特点，进而有选择性的动作于信号或跳闸装置，实现有选择性的保护。由前面的分析可知：当电缆线路出现了单相接地故障，零序电流在非故障线路会超前零序电压90°，在故障线路会滞后零序电压 90 °。因此在接线过程要十分注意，相应的零序功率方向继电器一定要采用正极性接入的接线方式，避免因为极性接反而出现的保护误动或拒动的情况。

3 在零序保护情况下发生错误报警的原因

根据上面对高压电缆的对地电容电流和零序保护原理的分析，再结合实际中设备的安装和电缆敷设，我们很容易判断高压电缆零序保护误报原因。

在实际运行中电力线路不会出现理论分析时那样理想化的平衡，特别是在大电流大功率企业，供电系统一般都比较复杂，系统中会连接着各种各样的用电设备，这很容易导致供电系统的中性点出现不同程度的偏移，产生零序电压；同时，在这种情况下，电缆线路的对地电容电流的向量和也不再为零，产生零序电流。而实际工作经验告诉我们，在施工时，高压电缆的电缆头两段通常都要利用内部铠装钢带或者芯线屏蔽层打接地。如果高压开关柜的一侧电缆头所引出的接地铜辫子先穿过零序电流互感器然后再进行接地，这就等于让零序电流从零序电流互感器中流过，这就会导致流过零序互感器的零序电流大不断增大，零序电压也不断增大，当这两个数值增大到一定阈值时，零序保护就会发生动作，报警或者跳闸。这就是零序保护装置在无接地故障情况下发生误报的原因。

4 防止线路错误报警的方法

由上面的分析知，对于高压电缆出现误报的情况我们只要采用很简单的方式就能进行阻止，即阻止零序电流流过零序电流互感器（TA），而只让接地的故障电流流过零序电流互感器。具体措施为：如果高压开关柜电缆接头处于零序电流互感器的下方，就从电缆头引出的接地铜辫子直接接地，使得零序电流不在流过零序电流互感器；如果高压开关柜电缆接头处于零序电流互感器的上方，那么电缆头引出的接地铜辫子应从零序互感器穿过后再接地，而且穿越过程中要注意绝缘，这样零序电流是先流进再流出，使之对零序电流互感器没有影响。