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由母線保護裝置損壞事故探討電纜屏蔽層接地抗干擾的正確方法

文檔作者：祖悅強文檔來源：深圳供電局有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月12日
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[摘要]
關(guān)鍵詞
0引言
由母線保護裝置損壞事故探討電纜屏蔽層
接地抗干擾的正確方法
祖悅強
(深圳供電局有限公司，深圳 518000)
針對送電過程中發(fā)生的母線保護裝置損壞事故，分析其原因，發(fā)現(xiàn)電磁干擾是引發(fā)該事故的主因。理論分析
電纜接地屏蔽對電場干擾、磁場干擾的作用，指出正確的施工作業(yè)方法，并提出抗干擾防范措施。
電纜屏蔽接地電干擾磁干擾母線保護
電網(wǎng)運行過程中，短路接地故障、回路操作、雷擊以
及高能輻射等都會使變電所的二次回路受到電磁干擾E ，
從而可能引發(fā)繼電保護裝置損壞或誤動。本文針對一起由
電纜屏蔽層未正確接地導(dǎo)致的22okV母線保護開入插件板
損壞事故進行分析，提出抗干擾措施。
1故障簡況
某220kV變電站22okV安明甲線2130間隔綜合自動
化改造后送電。當(dāng)合上22okV安明甲線1M 刀閘21301
后，220kV母線保護裝置電源空開跳閘，發(fā)“開入異常、
裝置閉鎖”信號。經(jīng)檢查，母線保護開入插件板損壞，合
上裝置電源空開后，其余插件正常。
2初步分析
空開跳閘常見原因為脫扣損壞和過流。查詢綜自系統(tǒng)
知，合上21301刀閘前母線保護正常，合上2l301刀閘后
故障發(fā)生。結(jié)合母線保護開入插件損壞分析，初步確定開
入直流回路中有短路或在某特定時刻干擾等導(dǎo)致過流。下
面從開入回路是否發(fā)生短路、是否存在直流寄生回路及是
否存在強大的電磁干擾著手檢查。
3初步檢查
正確的22okV安明甲線21301刀閘、21302刀閘輔助
接點接人母線保護的開入回路如圖1所示。
A0l lG 73
?！?— — ，一一————。2l30l 7Ji~3K A
。_——一 2‘／! —— 。 21302 閘開八
圖1 正確的刀閘開入回路示意圖
(1)檢查開人回路有無短路現(xiàn)象。故障發(fā)生后，所有
一次設(shè)備狀態(tài)未改變。若開入回路存在短路，則空開在合
閘后應(yīng)再次跳開，但合上該空開后，空開未自動跳開，說
明此時開入回路無短路現(xiàn)象。
(2)檢查有無直流寄生回路。經(jīng)檢查，確認實際開人
回路與圖1一致，且在母線保護屏解開A0l、73、75開人
回路線檢查絕緣正常， 南此可排除該開入回路存在直流寄
生回路的可能。
(3)檢查開入回路可能引入的干擾。日常變電站的干
擾主要來自以下幾方面 ： 當(dāng)變電站內(nèi)發(fā)生高壓接地故障
時產(chǎn)生50Hz干擾； 當(dāng)變電站一次設(shè)備操作或系統(tǒng)故障時
會在二次回路上引起高頻干擾；雷電引起干擾；控制回路
產(chǎn)生干擾；對講機等高能輻射設(shè)備引起干擾。
故障發(fā)生時，220kV所有運行設(shè)備掛220kV 2M母線
運行；220kV母聯(lián)2012開關(guān)運行；空出的220kV lM 母
線供220kV安明甲線啟動用；安明甲線的線路及 關(guān)在冷
備用狀態(tài)，即2130開關(guān)斷開．21301、21302、21304刀閘
及2130B0、2130C0、213040接地刀閘拉開； 天氣晴朗無
雷電；系統(tǒng)無故障發(fā)生；母線保護附近無高能輻射設(shè)備。
該站一次設(shè)備為戶外敞開式，刀閘、接地刀閘均為手動操
作設(shè)備，無控制回路。
本次故障發(fā)生在21301刀閘合閘時，故推斷高頻干擾
是在操作一次設(shè)備時產(chǎn)生的。通常，高壓隔離開關(guān)切合高
壓帶電空母線會產(chǎn)生每秒二j三百次的冉點弧過程，而每次
再點弧產(chǎn)生的前沿很陡的電流與電壓波在傳人母線后經(jīng)各
種電容器設(shè)備注入地網(wǎng)。進行波在每個斷點處都會產(chǎn)乍反
射，從而產(chǎn)生各種高頻振蕩，其頻率范罔一般為50kHz~
1MHz，甚至可能達到5MHz。在經(jīng)3～6個振蕩周期后幅
值衰減為初始值的1／2I2 。這些高頻振蕩與二次凹路耦合
感生出干擾電壓，常規(guī)的解決干擾的辦法是將電纜的屏蔽
層兩端接地 。于是現(xiàn)場檢查該開入回路各級電纜屏蔽層
接地情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由21301刀閘機構(gòu)至2130開關(guān)端子
箱的21301刀閘位置開入電纜的屏蔽層只在端子箱側(cè)接
地，而在刀閘機構(gòu)側(cè)因電纜的穿墻鐵管空問狹小而未接
地，其余各級電纜屏蔽層的接地均符合要求，故初步斷定
受到干擾的原因是刀閘機構(gòu)側(cè)電纜屏蔽層未接地。
為驗證上述分析的正確性， 在母差保護屏處短接
收稿日期：2012一O6—3O
作者簡介：祖悅強(1983)，繼電保護工程師，技師，從事繼電器保護及二次回路維護和檢修工作。
641 WWW．chinaet．net l電工技術(shù)
AOl、73、75三根線后，使用電流嵌表測得電纜屏蔽層內(nèi)
電纜芯在21301刀閘拉開時的最大電流為4．2A；在刀閘
機構(gòu)側(cè)將該電纜屏蔽層接地后，再次測得21301刀閘合閘
時的電纜芯最大電流約為0．2A； 將母差保護屏處的
A0 l、73、75三根線恢復(fù)正常接法，并更換新開入插件板
后，多次分合21301刀閘，母線保護裝置正常，開入變位
正確，故障消除。由此可確認，母線保護裝置損壞的原因
是21301刀閘位置開入電纜屏蔽層只在一端接地，導(dǎo)致強
大的干擾串入二次回路。
4理論分析
對于實際工程中的干擾，要從電場干擾和磁場干擾分
析。
4．1 電場干擾
電場干擾主要以耦合電容的形式存在。如圖2所示，
干擾源U 與屏蔽電纜間存在著電容耦合回路，這種電場
耦合會產(chǎn)生串聯(lián)干擾。若不考慮干擾源對電纜芯的耦合，
則其干擾電壓u 會通過電容c 耦合到屏蔽層，再通過電
容 耦合到電纜芯。
圖2 屏蔽電纜受~l',f-電場干擾原理圖
根據(jù)圖2，電纜芯線上的耦合電壓為：
：
Rs2
一
61
(1一 可)u ㈩
分析：
(1)屏蔽層不接地， 干擾源與電纜線間的耦合電容
為：
C 一 (2)
式中，￡。為電容率；h為干擾源與導(dǎo)線問的距離；r為導(dǎo)
線半徑。由式(1)可知，耦合電容量C 越大，耦合電壓
也越高，而屏蔽電纜的r比普通電纜大， 因此屏蔽電纜不
接地不僅不能降低電場干擾，反而比普通電纜受到的干擾
更高。
(2)若將屏蔽層一端接地，則相當(dāng)于C。被短接，其電
容量為無窮大，U 一0，從而切斷了干擾電壓耦合到電纜
芯的路徑，起到了屏蔽電場的作用。
(3)若將屏蔽層兩端接地，則同樣相當(dāng)于 被短接，
起到了屏蔽電場的作用。
由此可見，將屏蔽層接地，可有效消除電場對電纜芯
的干擾。
4．2磁場干擾
磁場干擾主要以耦合電感的形式存在，并在被干擾導(dǎo)
線上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)存在回路時會產(chǎn)生相應(yīng)的干擾電
流。
(1)屏蔽層兩端接地時屏蔽層降低電磁于擾的原理圖
如圖3所示。干擾源產(chǎn)生的磁通以虛線同心圓表示，這些
磁通(稱為干擾磁通)的一部分包圍電纜芯和其屏蔽層(近
似認為包圍這兩者的磁通相等)，在電纜芯屏蔽層中感生
出電勢E ，并產(chǎn)生屏蔽層電流J ，如圖3(b)所示。電勢E
等于屏蔽層電流， 在屏蔽層電阻R 和自感抗x 上的電壓
降，即：
E 一I R +j J X
干攏源
瞧
E
==二二 廣三_三——‘__l|——，__一=三三 =7苧 二==
—— 下— 葡■—章 — 麗
l， ，
，IJI電纜屏蔽層電流回路圖
圖3 屏蔽層補償磁場干擾原理圖
(3)
屏蔽層電流所產(chǎn)生的磁通包圍著屏蔽層、電纜芯，與
外導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾磁通方向相反，故稱為反向磁通，在圖
3(a)中以實線同心圓表示。在理想情況下，如果屏蔽層電
阻為零，那么這種反向磁通可將干擾磁通全部抵消，即反
向磁通在電纜芯中產(chǎn)生的互感電動勢E 與干擾磁通在電纜
芯中產(chǎn)生的互感電動勢E 大小相等、方向相反。設(shè)屏蔽層
對電纜芯的互感抗為X ，則
E 一一j I X (4)
因屏蔽層將電纜芯完全包圍在內(nèi)，故X 一X 。
從式(3)、式(4)可知，若屏蔽層電阻R 一0，則E ：
一E。但是屏蔽層并不是完全理想的，故干擾磁通在電纜
芯中感應(yīng)的電動勢不能被抵消的部分為E +E一， R ， 即
與屏蔽層電阻成正比。由于現(xiàn)場使用ZRA—KVVP2 22—6×
2．5型電纜，其屏蔽層為銅皮，長度約為5m， 電阻很小，
因此屏蔽層兩端接地能有效消除磁場對電纜芯的干擾。
(2)屏蔽層不接地時，干擾磁通仍會在電纜芯和屏蔽
層中感生出電勢E，但電纜芯的屏蔽層為銅皮，是非導(dǎo)磁
物質(zhì)，且不接地，故在屏蔽層上無法構(gòu)成電流流通回路，
也就沒有電流，相應(yīng)的，屏蔽層不會改變空間磁場分布，
對干擾源施加在電纜芯上的感應(yīng)電壓沒有影響。因此，屏
蔽層不接地不能消除磁場對電纜芯的干擾。
(3)屏蔽層一端接地， 與屏蔽層不接地對磁場的屏蔽
電工技術(shù)l 2013 l 1期i65
／／

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