大源渡水電站高壓電纜接地方式的改造

劉戰(zhàn)平

(湖南省水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410007)

大源渡水電站高壓電纜接地方式的改造

劉戰(zhàn)平

(湖南省水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410007)

介紹了大源渡水電站主變高壓側(cè)電纜金屬護(hù)套屏蔽層接地線端子變黑松脫事故，指出接地電流過大而接地線銅鼻線徑過小是接線鼻子過熱燒損的原因，提出了一種特殊連接和接地方式及相應(yīng)的改造措施。改造實(shí)施后，高壓電纜的接地電流得到了較好控制。

接地電流；接地方式；高壓電纜

0 引言

大源渡水電站位于湖南省湘江流域的中上游，處于衡山縣境內(nèi)，是湖南省水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司在湘江流域進(jìn)行梯級(jí)開發(fā)的第2級(jí)電站，是一種日調(diào)節(jié)徑流式水電站。大源渡水電站的裝機(jī)容量為4×30 MW，通過3回110 kV線路接入衡陽電網(wǎng)。電站110 kV升壓系統(tǒng)采用室外開關(guān)站布置，其電能輸出方式為：經(jīng)過電站2臺(tái)110 kV主變壓器升壓后，再通2回110 kV高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜連接到110 kV開關(guān)站母線。水電廠及開關(guān)站接地網(wǎng)沿河右岸狹長布置，其接地電阻的實(shí)測值為0.48 Ω。

高壓單芯電纜的接地方式有多種，因此選擇合適的接地方式很重要。當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時(shí)就會(huì)有磁力線交鏈鉛包(或鋁包)或金屬屏蔽層，使其兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓。

感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，當(dāng)電纜較長時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)到危及人身安全的程度。當(dāng)線路發(fā)生短路故障、遭受操作過電壓或雷電電壓沖擊時(shí)，電纜金屬屏蔽層上會(huì)形成較高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。如果仍將鋁包或金屬屏蔽層兩端三相互聯(lián)接地，則鋁包或金屬屏蔽層將會(huì)出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達(dá)線芯電流的50 %～95 %，形成損耗，使鋁包或金屬屏蔽層發(fā)熱。這不僅浪費(fèi)了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電纜的護(hù)套著火，因此單芯電纜不應(yīng)兩端接地。

1 故障現(xiàn)象

2012年12月，大源渡水電站的維護(hù)人員在對(duì)水電站主變高壓側(cè)電纜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變高壓側(cè)電纜A相金屬護(hù)套屏蔽層接地線端子變黑松脫，有燒損痕跡。

2 原因分析

大源渡水電站110 kV高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜是進(jìn)口產(chǎn)品，電纜終端使用的是進(jìn)口阿爾斯通設(shè)備。1998年在現(xiàn)場安裝時(shí)，由外方供貨人員現(xiàn)場指導(dǎo)敷設(shè)，電纜終端由外方技術(shù)人員安裝。當(dāng)初，外方技術(shù)人員要求電纜雙端金屬護(hù)套屏蔽層直接接地，設(shè)計(jì)方水電設(shè)計(jì)院也采納了外方技術(shù)人員的建議。在安裝完成設(shè)備投運(yùn)后，安裝施工單位和業(yè)主沒有對(duì)高壓電纜接地環(huán)流進(jìn)行現(xiàn)場檢測。2013年，大源渡水電站維護(hù)技術(shù)人員對(duì)該水電站2回1號(hào)主變高壓電纜進(jìn)行了接地電流檢測。

1號(hào)主變電纜總長度178 m，2號(hào)主變電纜總長度110 m。敷設(shè)方式：66 m為品字形排列，112 m為豎直方向排列。

實(shí)測2回電纜運(yùn)行時(shí)接地電流：1號(hào)主變帶負(fù)荷47 MW時(shí)，電纜實(shí)際運(yùn)行電流226 A，接地電流有117 A；1號(hào)主變帶滿負(fù)荷70 MW時(shí)，電纜實(shí)際運(yùn)行電流340 A，接地電流有170 A；2號(hào)主變帶負(fù)荷47 MW時(shí)，電纜實(shí)際運(yùn)行電流226 A，接地電流有40.5 A。

從現(xiàn)場實(shí)測接地電流看出，該站110 kV高壓電纜運(yùn)行時(shí)，接地環(huán)流偏大，接地電流達(dá)到了負(fù)載電流的50 %。由于接地電流較大，而接地線銅鼻線徑選擇不合適，造成接線鼻子長期過熱，最后導(dǎo)致接線鼻子過熱燒損。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，該廠選擇了護(hù)層一端直接接地，另一端通過護(hù)層保護(hù)接地的方式。加裝護(hù)層電壓限制器后，接地電流得到了有效控制，但需考慮不接地端金屬屏蔽護(hù)層感應(yīng)過電壓的問題。若絕緣配合未選好，當(dāng)雷電流或過電壓波沿線芯活動(dòng)時(shí)，電纜鋁包或金屬屏蔽層不接地端會(huì)出現(xiàn)很高的沖擊電壓。在發(fā)生短路時(shí)，短路電流流經(jīng)線芯，電纜鋁包或金屬屏蔽層不接地端也會(huì)出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓；當(dāng)電纜外護(hù)層絕緣不能承受過電壓而損壞時(shí)，將導(dǎo)致出現(xiàn)多點(diǎn)接地，形成環(huán)流。

因此，當(dāng)采用一端接地方式時(shí)，必須采取措施限制護(hù)層上的過電壓，按照經(jīng)濟(jì)合理的原則，在鋁包或金屬屏蔽層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時(shí)裝設(shè)護(hù)層電壓限制器，以防止電纜護(hù)層絕緣被擊穿。結(jié)合該站110 kV進(jìn)口高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜的參數(shù)特性，選擇了電纜護(hù)層電壓限制器的參數(shù)，如表1所示。

通過加裝電纜護(hù)層電壓限制器后，1號(hào)主變110 kV高壓電纜金屬屏蔽層的接地環(huán)流得到了有效控制，將接地線也相應(yīng)改成了70 mm2的多股軟銅線(原來接地線截面偏小)，同時(shí)也對(duì)接線鼻子進(jìn)行了現(xiàn)場鍍錫處理。

改造完成后，對(duì)1號(hào)主變110 kV高壓電纜進(jìn)行了帶電檢測。1號(hào)主變帶負(fù)荷47 MW時(shí)，電纜實(shí)際運(yùn)行電流226 A，按地電流A相1.8 A，B相2.2 A，C相1.6 A；帶滿負(fù)70 MW時(shí)，實(shí)際運(yùn)行電流340 A，接地電流A相1.8 A，B相2.3 A，C相1.7 A。通過改造，2回高壓電纜的接地電流得到了較好地控制，達(dá)到了預(yù)期的改造效果。

表1 電纜護(hù)層電壓限制器的參數(shù)

4 結(jié)束語

由于電力科技的飛速發(fā)展，高壓電纜在電力生產(chǎn)中得到越來越廣泛的運(yùn)用，高壓電纜的接地方式尤其要引起重視，要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇不同的接地方式，不能全憑經(jīng)驗(yàn)。大源渡水電站的高壓電纜總長度不長，但高壓單芯電纜的接地環(huán)流與現(xiàn)場的敷設(shè)方式、電纜的總長度、負(fù)荷電流的大小、現(xiàn)場地網(wǎng)接地電阻值等都有關(guān)系。單芯高壓電纜安裝完成后，要進(jìn)行實(shí)地檢測，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)必須在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2014-09-25；

2014-11-28。

劉戰(zhàn)平(1975-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水電站電氣設(shè)備檢修和維護(hù)管理，email：dydlzp@126.com。