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摘要：接地保护是400V低压电气系统中重要的保护之一，对单相接地故障和不对称相间短路可起到较好的保护作用。通过对单相接地故障的分析，阐述了接地保护在低压TN-S系统中出现的问题及防范措施。
关键词 TN-S系统 接地保护 问题分析 防范措施
1行车电源单线图
某10kV变电所内互为备用的两台10/0.4kV配电变压器，分别向400VⅠ、Ⅱ段母线供电，400V分段开关设有备自投。这两段母线各经一根五芯电缆供电到下一级400V配电室的Ⅰ、Ⅱ段母线，分段开关无备自投。400VⅠ段母线经一根四芯电缆供电到现场电源箱，再经一根四芯电缆供电到行车电源控制箱，最后经四芯电缆向行车电机供电。
图1 行车电源单线图
2事故经过
某行车电源电缆对钢结构发生单相间歇性弧光接地，约15分钟后，向行车供电的#1变压器10kV侧断路器综合保护的零序电流保护动作跳闸，其400V侧开关因失压而脱扣，备自投动作，400V分段开关合闸，与#1变压器互为备用的2#变压器供400VⅠ、Ⅱ段母线全部负荷。由于接地故障仍然存在，再次发生间歇性弧光接地，几分钟后，#2变压器10kV侧断路器综合保护装置的零序电流保护动作跳闸，其400V侧开关也因失压而脱扣，最后导致这两台变压器供电的设备全部停电。检查电缆发现，外护套有明显挤压切口，碳化严重，A相导线几近断裂。
3 保护动作情况分析
3.1 400V各级开关保护未动作的原因
对于TN-S系统而言，单相低阻接地时会产生较大的单相接地短路电流，但由于接地情况比较复杂，可能会较长时间高阻弧光接地，然后发展到低阻接地。由图2可知，行车电缆接地回路的阻抗由四个部分组成，一是变压器、开关、接触器的过渡阻抗及低压电缆线路阻抗Z1（合计500多米不同规格的电缆）；二是电缆接地点与钢结构及大地之间的过渡阻抗Z2；三是变压器中性点接地装置接地阻抗Z3；四是10kV电缆屏蔽线及其与大地的接地阻抗Z4。这些阻抗中最难以确定的是电缆接地点与钢结构及大地之间的过渡阻抗Z2，因为有电缆绝缘层、钢结构的油漆、钢结构与大地的过渡阻抗等。
（1）采用热元件作为长延时过热保护的塑壳开关QF10（In=50A）、QF9（In=32A），没有漏电保护，在小电流作用下，热元件未能积累到脱扣所需要的热能，因而未脱扣。
（2） QF6为施耐德MET 16N 、3极、In=1600A的框架断路器，QF4为西门子WL II 1600 H、3极、In=1600A的框架断路器，这两个开关有L、S、I保护，但没有接地保护，且由于接地故障电流小，过流保护范围无法延伸到线路未端的故障点。
（3）变压器低压侧总开关QF1为西门子WL II 3200 H 、4极、3200A的框架断路器，带有ETU45B保护模块，该开关内置三相CT和N线CT，采用三相及N线电流矢量和的原理得到接地电流，接地保护定值为900A/0.5s，由于故障电流没有达到整定值，接地保护也未能使开关脱扣。
图2 行车电源电缆单相接地回路图
IDA - A相接地故障总电流。
IDA1 - A相接地故障时，流经中性点接地电阻的电流。
IDA2 - A相接地故障时，高压侧零序电流互感器的电流。
3.2 变压器10kV侧开关综合保护装置零序保护误动的原因
10kV开关柜内电缆屏蔽层接地线接线错误，没有在零序CT的线路侧接地，而是在其开关侧接地，如图3所示。接地电流IDA2经10kV电缆屏蔽层接地线形成回路，零序CT“一次侧”流过接地电流，如图2所示。变压器10kV侧综合保护装置的零序电流I段保护整定值为0.28A/0.3S,故障时零序保护二次值0.44A，一次值22A， CT变比50/1。
电缆屏蔽层与零序CT正确接线 1 电缆屏蔽层与零序CT正确接线 2
图3 电缆屏蔽层正确接地
4 防范措施
4.1 变压器低压侧开关装设零序电流保护
（1）将三相电流互感器二次电流引入低压侧开关的保护单元，得到零序电流矢量和，Ì0 =ÌA+ÌB+ÌC，正常运行时如三相电流平衡，则Ì0=0；如三相电流不平衡，则Ì0 ≠ 0。发生单相接地故障时，零序电流将大大增加。
（2）在变压器中性点接地导体上安装零序电流互感器，将零序电流引入低压侧开关的保护单元，直接测量接地电流。
4.2变压器低压侧开关装设剩余电流保护
（1）取三相电流互感器和N线电流互感器二次电流矢量和，ÌG =ÌA+ÌB+ÌC+ÌN，正常运行时剩余电流ÌG = 0，但会有较小的线路与设备泄漏电流。单相接地故障时，剩余电流将大大增加。当选用四极开关时，应选自带N线CT；当选用三极开关时，可外置N线CT，将二次电流接入开关的保护单元。
（2） 在剩余电流保护的基础上，变压器中性点接地导体上再安装零序电流互感器，直接测量接地电流，引至变压器高压侧开关的综合保护装置，构成双G保护。
4.3 选用带接地保护的支路馈线开关
对于支路馈线开关，选用带有接地保护的框架断路器或塑壳断路器，如图中的QF4、QF6开关应带接地保护。
4.4 选用带漏电保护（剩余电流）的分支路馈线及末端用电开关
末端线路和用电设备是最容易发生接地故障的地方。所有开关一定要带有漏电保护功能。因其灵敏度高，可有效地保护线路及用电设备的接地故障。图1中的QF9、QF10塑壳断路器，如带有漏电保护功能，发生接地故障时，可迅速切除故障线路。
4.5 10kV开关柜电缆屏蔽层接地线正确接地
应在零序电流互感器的线路侧接地，如图3所示。防止低压系统单相接地故障时高压侧零序保护误动。
5 结束语
在低压电气系统中，接地故障时有发生。要根据系统不同的接地方式，结合实际情况，合理选择开关、电缆，正确应用接地保护。同时要加强对设备及电缆的日常检查与维护，使其处于完好状态。
参考文献
[1] 上海施耐德配电电器有限公司 .Micrologic 2.0A,5.0A,6.0A和7.0A控制单元用户手册[M] .2009.6
[2] 西门子自动化与驱动集团控制与配电部.3WL空气断路器操作说明书[M] .2011.6
论文作者:徐勇
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/6
标签：电流论文; 电缆论文; 变压器论文; 故障论文; 单相论文; 阻抗论文; 断路器论文; 《基层建设》2016年27期论文;