更换6 kV电缆将屏蔽线接错导致保护越级跳闸的检查及处理

刘 德 ，于慧丽 ，赵利权，谢绍魁

(1.华能吉林发电有限公司九台电厂，长春 130501 2.华能长春热电厂，长春 130000；3.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021)

输煤系统是火力发电厂锅炉燃料供应的重要部分，担负着机组锅炉燃煤的供应工作，输煤系统正常运行可以保障电厂发电系统的安全稳定运行，当输煤系统发生故障或异常时，锅炉燃烧系统只能依靠给煤机原煤斗煤仓内剩余储煤来供应锅炉燃烧，如果不能在极短时间内消除输煤系统设备故障，保证煤量充足供给，锅炉燃烧系统会因供煤中断不得不被迫停机，从而产生时间长、面积广的供热问题和停电事故，造成极大的经济损失和社会影响。

本文详细阐述了输煤6 kV电缆中间接头故障更换，将电缆屏蔽层接地线接错导致保护越级跳闸，致使6 kV整段设备失电时间的过程，原因分析并提出相应建议，为以后处理同类型故障提供参考。

1 电缆中间接头接地故障

1.1 事件经过

事件发生前运行方式：输煤6 kV A段运行负荷有1号生活区变压器、1号输煤变压器、1号输煤综合楼变压器、1号翻车机变压器、1号门式堆取料机变压器、C-3B皮带、C-4B皮带、C-5B皮带，失电前无设备启动及操作。

20200214T18:53:00，1号机组6 kV C段断路器为输煤6 kV A段进线变压器的上级电源变压器跳闸，接地保护动作，三相及零序接地电流分别为Ia=0.28 A，Ib=1.23 A，Ic=0.24 A，I0g=25.04Is(Is为基准电流，取0.2 A)，此断路器的电流互感(TA)变比1 500/5，零序TA变比300/5，零序定值4倍即0.8 A，0.6 s；同时，就地检查输煤6 kV A段所带电机负荷C-3B皮带、C-4B皮带、C-5B皮带断路器均是欠压保护动作，动作时间一致。

19:30:00，就地检查发现C-1A皮带电机本体接线盒处冒烟。采取应急处理方案，打开电机电缆接线盒，检查发现B相避雷器绝缘击穿折断，将三相避雷器引线与损坏避雷器拆除，并对输煤6 kV A段电源馈线电缆测量绝缘，确认B相电缆对地绝缘为0 MΩ。经研究，采取输煤6 kV母联断路器合闸试验，实现输煤6 kV B段对A段并联供电，送电无异常后进行逐个负荷恢复送电运行。

22:05:00，在恢复C-1A皮带断路器带电运行时，保护动作报“熔断器熔断”报警，断路器跳闸，检查发现三相熔断器熔断，更换A、B、C三相熔断器后，测量电机绝缘正常500 MΩ。

经排查输煤6 kV A段电源电缆共接了4根ZRC-YJV-6/6-(3×185 mm2)的电缆，只有1根电缆B相绝缘为0，其他3根电缆相对地及相间绝缘均合格，满足投运条件。经核对3根合格的电缆载流量及压降满足要求，经研究，将输煤6 kV A段电源接地电缆拆除，3根合格电缆恢复接线，测量相间及相对地绝缘无异常后，通过输煤6 kV A段电源断路器对输煤A段电源电缆空载运行8 h。次日09：46：00，观察输煤6 kV A段电源电缆空载运行无异常后，联系运行恢复输煤A段电源自带负荷。

次日12:00:00，C-1A皮带断路器保护动作报“熔断器熔断”报警，断路器跳闸，三相熔断器全部熔断，C-4B皮带断路器保护动作“熔断器熔断”报警，断路器跳闸，A、C相熔断器熔断。对熔断器进行更换，测量电机绝缘500 MΩ正常。

次日16:40:00，在对综合管架电缆排查中，发现1号机电除尘室至综合管架桥沿线12 m处，输煤6 kV A段电源电缆绝缘有破损痕迹，此处为基建安装时做电缆中间接头位置。

1.2 原因分析

a.C-1A皮带电机接线盒处B相避雷器崩断原因：避雷器质量存在问题，发生绝缘击穿，电弧灼烧致避雷器底部连接处断裂，B相避雷器及引线甩到靠近接线盒2～3 cm处，考虑到电机的震动，导致B相间歇性弧光接地。

b.输煤6 kV A段电源电缆故障原因：电缆在基建安装时存在中间接头，因中间接头制作工艺及绝缘外层老化影响，中间接头处电缆存在薄弱环节。

c.C-1A皮带电机接线盒处B相间歇性弧光接地引起6 kV B相电压升高，导致输煤6 kV A段电源电缆中间头位置绝缘击穿，B相接地，开关接地保护动作跳闸。

d.C-3B皮带、C-5B皮带断路器三相熔断器均熔断，C-4B皮带断路器A、C相熔断器熔断原因：C-5B皮带电机接线盒处B相间断性弧光接地引起6 kV B相电压升高，电机的铁心工作在磁饱和状态，电机电流急剧增加，导致熔断器熔断。

1.3 解决措施

a.紧急采购ZRC-YJV-6/6-(3×185 mm2)的电缆，对故障电缆进行整体更换，采购电缆需满足载流量、压降、绝缘和耐压试验要求。

b.对其余完好的6 kV电缆根据实际运行工况做交流耐压试验，满足带负荷运行和DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》要求。

1.4 暴露问题及防范措施

输煤皮带电机接线盒内过电压保护器存在质量问题；主厂房6 kV C段至输煤段电源电缆存在未在册的电缆中间连接头情况，由于综合管架桥敷设于室外，在日常天气影响及灰尘等因素导致电缆中间头的绝缘能力降低。

防范措施有以下3点：

a.对全厂6 kV电机本体接线盒进行检查，并按运行工况进行耐压和绝缘电阻测试，且记录在册；

b.对6 kV输煤皮带电机本体接线盒存在煤粉积粉的问题，按停运周期进行拆除接线盒盖，彻底清理积粉和接线盒密封不严问题；

c.盘点全厂6 kV电缆存在中间接头数量、具体位置，并加装防爆盒，定期对中间接头进行红外线测温，按春秋检计划进行耐压试验，并留存记录。

2 输煤6 kV A段保护越级跳闸

2.1 事件经过

20200307T17:42:00，输煤6 kV A段失电，立即检查1号机6 kV 1C段，发现“6 kV输煤A段”电源断路器跳闸，接地保护动作，三相及零序接地电流分别为Ia=0.25 A，Ib=0.31 A，Ic=0.50 A，I0g=6.05Is。

同时，排除了生活区变压器(绿化浇水浇到变压器外边，检查内部没有进水)故障的可能，在启动C-1A皮带电机时跳闸，检查综合保护无故障显示(只有低电压报警显示，为母线失电后电压低造成)，拉开了C-1A皮带电机断路器，测电机绝缘2 MΩ不合格，检查熔断器A、B相熔断(熔体125 A，电机电流26 A)。随后，对输煤6 kV A段电源电缆、母线及其他负荷恢复送电。

2.2 检查经过

停电检查并对C-1A皮带电机综合保护装置进行采样、保护校验等均良好。表1、表2分别为交流电流、电压采样校验结果，表3为保护功能校验结果，校验结果为合格。

表1 交流电流采样校验结果 A

表2 交流电压采样结果 V

表3 保护功能校验

在检查C-1A皮带机6 kV开关柜下部零序TA接线时，发现一次6 kV电缆屏蔽线接线错误，直接穿过零序TA未再返穿回就直接接地了(见图1)，违反GB 50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收标准》[2]第6.2.9条 规定：“三芯电力电缆终端处的金属护层必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线。电缆通过零序电流互感器时，电缆金属护层和接地线应对地绝缘；电缆接地点在互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在互感器以上时，接地线应穿过互感器接地”。

图1 屏蔽线理论接线正确接法

2.3 原因分析

图1为屏蔽线理论接线正确接法。当一次电缆的屏蔽线在零序TA上侧(系统侧)直接接地时，一次电缆屏蔽线只穿过了零序TA一次，这种接线会造成该断路器零序保护据动，造成保护越级跳闸，当发生A相接地故障时，动作情况见图2。当A相发生接地故障时，故障电流为IKa,IKa一部分通过电缆的屏蔽线流回系统(由于屏蔽线两侧都接地)，电流为In；另一部分通过大地流回系统，电流为Id。由于一次电缆屏蔽线是铜网线，是很好的良导体，很大一部分故障电流通过它流回系统，所以此时通过零序TA一次感应的电流应是IKa+In，由于IKa和In大小相当，方向相反,故零序TA二次感应的电流会很小，反应的不是一次接地故障，该设备的零序保护会拒动，而上级保护接线正确，就能正确反映零序故障电流，就会直接造成上一级的保护越级动作，扩大了停电范围。

图2 线路发生A相接地时动作情况图

如果将电缆的屏蔽线再返穿回零序TA一次后接地，通过零序电流互感器一次的电流为IKa+In-In=IKa, 为故障相电流，就能反映一次故障，零序保护就能正确动作了。

2.4 建议

a.电气维护人员应对C-1A皮带电机电缆中间接头作台账记录，并进行定期红外线检查和耐压试验，防止电缆中接头维护不当造成事故发生。

b.在处理皮带电机电缆中间接头故障时，应按照GB 50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收标准》进行验收，防止造成保护越级跳闸。

c.对全厂6 kV配电室、输煤、脱硫配电室内6 kV断路器柜后零序TA是否穿电缆接地线进行全面检查(不需停电，从观察窗观察即可)，并立即对发现的问题进行处理。

3 结束语

在更换6 kV电缆或安装电缆的零序电流互感器时，要求电缆接地线必须穿过零序电流互感器,并将电缆与支架角钢绝缘，这是因为当电缆发生接地故障时,接地电流不仅可能在地中流动,还可能沿着故障线路电电缆的导电外皮或非故障电缆的外皮流动。正常运行时,地中杂散电流也可能在电缆外皮上流过。这些电流可能导致保护的误动作,拒绝动作或降低其灵敏度,按要求接线后,可以使外皮电流来回两次穿过铁芯,互相抵消,不致于影响保护的正确工作。