一起單芯電纜GIS終端發(fā)熱原因分析與處理

遲建芳，賀愛(ài)莊，謝 博，鐘慶超

（煙臺(tái)供電公司，山東 煙臺(tái) 264000）

0 引言

隨著城市電網(wǎng)改造工作的深入，電力電纜已經(jīng)成為配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的經(jīng)脈［1］，因此保證電纜線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性。利用護(hù)套電流測(cè)試和紅外測(cè)溫技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一起高壓電纜線路電流異常事件，通過(guò)分析論證查找出造成電流過(guò)大、終端發(fā)熱的原因。

1 高壓電纜護(hù)套接地方式

交流單芯電纜使用率越來(lái)越高，當(dāng)其遭受過(guò)電壓或發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，金屬護(hù)套上會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓，使護(hù)套絕緣發(fā)生擊穿，所以需要采取特殊的接地方式，避免電纜護(hù)層絕緣被擊穿［2］。

1.1 金屬護(hù)套兩端接地

護(hù)套兩端接地是指在金屬護(hù)套的兩個(gè)終端位置直接接地。這種接地方式可減少工作量，但是在金屬護(hù)套上存在環(huán)流，適用的條件比較苛刻，要求電纜線路很短、傳輸功率很小、傳輸容量有很大的裕度等，因此一般不宜采用這種方式［3］。

1.2 金屬護(hù)套一端接地一端保護(hù)接地

電纜線路較短時(shí) （500 m 以內(nèi)）［3－4］，金屬護(hù)套通常采用一端直接接地，另一端通過(guò)保護(hù)器接地，對(duì)地絕緣沒(méi)有構(gòu)成回路，可以減少及消除環(huán)流，有利于提高電纜的傳輸容量和電纜的安全運(yùn)行。

1.3 金屬護(hù)套中點(diǎn)接地兩端保護(hù)接地

電纜線路較長(zhǎng)時(shí)，若電纜線路采用一端接地，其金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓將不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，可以在電纜線路的中點(diǎn)將電纜的金屬護(hù)套進(jìn)行單點(diǎn)互聯(lián)接地，而電纜金屬護(hù)套的兩個(gè)終端通過(guò)保護(hù)器接地，因此采用這種接地方式的電纜線路可看作2個(gè)“一端直接接地，一端保護(hù)接地”的電纜線路連接在一起的安裝方式［5］。

1.4 金屬護(hù)套交叉互聯(lián)

護(hù)套交叉互聯(lián)是指電纜線路分成若干大段，每大段原則上分成長(zhǎng)度相等的三小段，每小段之間以絕緣接頭連接，絕緣接頭處金屬護(hù)套三相之間用同軸電纜經(jīng)接線盒（又稱換位箱）進(jìn)行換位連接，絕緣接頭處的換位箱內(nèi)裝設(shè)一組護(hù)層保護(hù)器，每大段的兩端護(hù)套分別互聯(lián)并接地［6］。當(dāng)電纜線路大于500 m時(shí)，可采用護(hù)套交叉互聯(lián)的連接方式。

2 110 kV電纜護(hù)套溫度異常分析

2.1 崳鳳線電纜終端溫度過(guò)高

2011年5月19日，在對(duì)高壓電纜紅外測(cè)溫過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)110 kV崳鳳線鳳臺(tái)山段電纜GIS終端B相溫度過(guò)高，溫差為20℃，如圖1所示。

圖1 崳鳳線站內(nèi)GIS終端紅外成像圖譜

該段電纜是從鳳臺(tái)山站內(nèi)GIS到站外龍門架，全長(zhǎng) 140 m，電纜型號(hào) YJLV－1×400，2003 年投入運(yùn)行，正常負(fù)荷電流250～400 A。金屬護(hù)套接地方式為站內(nèi)經(jīng)保護(hù)器接地，站外直接接地。

2.2 原因分析

根據(jù)紅外測(cè)溫?zé)嶙V圖分析可知，發(fā)熱點(diǎn)位于電纜終端尾管與電纜護(hù)套連接處，初步判斷發(fā)熱原因?yàn)榇颂幏忏U不牢固，接觸電阻過(guò)大。為了進(jìn)一步確定引起發(fā)熱的原因，用鉗形電流表對(duì)電纜兩端接地箱處的護(hù)套電流以及GIS開關(guān)底板和密封底座連接線處（圖2）的電流進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

圖2 鳳臺(tái)山站內(nèi)GIS終端電流測(cè)試位置

表1 護(hù)套電流測(cè)試記錄

根據(jù)GIS終端的結(jié)構(gòu)特性，每相的開關(guān)底板和密封底座是通過(guò)6根裸銅線連接的，由表1的測(cè)試結(jié)果看出，每根銅線的電流35 A左右，6根并聯(lián)后的電流與站外直接接地箱處的電流相當(dāng)。因此分析，在電纜終端頭的制作過(guò)程中，由于護(hù)套接地線與GIS的金屬底座的直接連接，造成護(hù)套通過(guò)GIS的金屬外殼接地，使接地保護(hù)器被短路，失去了保護(hù)作用。從而改變了設(shè)計(jì)時(shí)的護(hù)套接地方式，將一端保護(hù)接地，一端直接接地變成了護(hù)套兩端直接接地。感應(yīng)電壓在護(hù)套和大地間形成了環(huán)流，引起接觸電阻較大處發(fā)熱。為了驗(yàn)證分析，對(duì)兩端直接接地的電纜護(hù)套電流進(jìn)行計(jì)算。

2.3 兩端直接接地的電纜護(hù)套環(huán)流計(jì)算

高壓?jiǎn)涡倦娎|在運(yùn)行條件下其導(dǎo)體流過(guò)的電流會(huì)在電纜金屬護(hù)套產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)護(hù)套兩段直接接地時(shí)，由于電阻足夠小，感應(yīng)電壓會(huì)在護(hù)套和大地間形成較大的環(huán)流，危害電纜的穩(wěn)定運(yùn)行［7］。

崳鳳線電纜敷設(shè)采用三角形排列，其護(hù)套感應(yīng)電壓的計(jì)算公式為［8－9］：

按上式進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)負(fù)荷電流為300 A，軸間距離為220 mm時(shí)，B相護(hù)套的感應(yīng)電壓為18.75 V，滿足GB50217－94關(guān)于單芯電纜金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓不超過(guò)50 V的規(guī)定。

但由于本條電纜連接的站內(nèi)GIS終端結(jié)構(gòu)的特殊性，造成電纜護(hù)套兩端接地，在接地點(diǎn)和大地間形成了環(huán)流，如圖3所示。感應(yīng)電壓在護(hù)層中形成的環(huán)流按公式（4）、（5）［10］進(jìn)行計(jì)算，得出護(hù)套環(huán)流 ISB=288A，另兩相的護(hù)套環(huán)流與B相相等，相位差為120°。

式中：RS為金屬護(hù)套電阻，Ω；ρs金屬護(hù)套的電阻系數(shù)；ds1、ds2分別為護(hù)套的內(nèi)、外直徑，cm。

圖3 單芯電纜金屬護(hù)層環(huán)流示意圖

由于在計(jì)算過(guò)程中，沒(méi)有考慮接地電阻以及環(huán)境溫度對(duì)電阻系數(shù)的影響等因素，所以計(jì)算值比實(shí)測(cè)值略大，但通過(guò)對(duì)比仍能證明，該段電纜的環(huán)流過(guò)大是因?yàn)閮啥说淖o(hù)套直接接地造成的。

3 缺陷處理

正常情況下，與架空線路連接的電纜，直接接地一般裝設(shè)在架空線路端，保護(hù)器裝設(shè)在另一端。但由于本條線路的特殊性，這樣裝設(shè)將會(huì)使站內(nèi)的保護(hù)器失去保護(hù)作用，造成電纜護(hù)套上較大的環(huán)流。因此經(jīng)過(guò)分析論證，更改了電纜護(hù)套的接地方式，將站內(nèi)的保護(hù)接地箱和站外的直接接地箱進(jìn)行更換，使站外保護(hù)接地，站內(nèi)直接接地。更換完恢復(fù)送電1天后，對(duì)電纜終端溫度和護(hù)套電流進(jìn)行了再次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均恢復(fù)正常。

4 結(jié)語(yǔ)

在選擇單芯電纜護(hù)套接地方式時(shí)，要進(jìn)行認(rèn)真的分析和詳細(xì)的論證，并結(jié)合電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減少和消除護(hù)套環(huán)流，保證電纜的穩(wěn)定運(yùn)行。

通過(guò)紅外測(cè)溫技術(shù)對(duì)電纜進(jìn)行溫度測(cè)量可以有效監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)重點(diǎn)線路和重點(diǎn)部位可采用在線實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)電纜溫度進(jìn)行監(jiān)控。

對(duì)運(yùn)行中的電纜要加強(qiáng)護(hù)套電流測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理電流異常的缺陷，避免惡性事故的發(fā)生。

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