電力電纜接地系統(tǒng)缺陷引起環(huán)流異常的分析

任智

摘 要： 在城市電網(wǎng)建設(shè)中，與架空線路相比，電力電纜線路具有占地面積小、供電可靠性高、操作維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。110kV及以上電壓等級的高壓電纜多采用單芯電纜結(jié)構(gòu)。在線路的正常運(yùn)行中，通過鐵心的交流電流會產(chǎn)生交變磁場，并在電纜的金屬護(hù)套上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。為了降低金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓，保護(hù)外護(hù)套的絕緣，單芯電纜的金屬護(hù)套應(yīng)選擇合適的接地系統(tǒng)。如果金屬護(hù)套接地方式錯誤，金屬護(hù)套會產(chǎn)生較大的環(huán)流損耗，引起電纜發(fā)熱，降低電纜載流能力，長期運(yùn)行會加速電纜絕緣老化，降低電纜使用壽命，甚至導(dǎo)致弱絕緣擊穿。

關(guān)鍵詞： 電力電纜;接地系統(tǒng);環(huán)流異常;措施

【中圖分類號】TM75 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.164

1 電纜線路情況

1.1 線路運(yùn)行情況

某220kV高壓電纜線路于2011年9月投入運(yùn)行，為純電纜線路，電纜型號YJLW03-127/220kV-1×1200mm2，全長6.77km，包括2個GIS終端和11個中間接頭，接地系統(tǒng)采用交叉互聯(lián)的換位方式。

該線路在2019年1月和4月連續(xù)發(fā)生2次擊穿故障，分別是在10—11號接頭間的B相電纜本體和9—10號接頭間的A相電纜本體。由于電纜本體連續(xù)故障非常少見，故障原因不明，研究決定將9號接頭至G變電站之間發(fā)生過故障的A相電纜進(jìn)行更換，將替換下來的電纜返廠進(jìn)行耐壓試驗(yàn)和解剖，以進(jìn)一步查找故障原因。

1.2 電纜更換前接地環(huán)流情況

在停電更換電纜前，運(yùn)行人員對全線進(jìn)行了一次護(hù)層接地環(huán)流測量，當(dāng)時負(fù)荷電流為110.2A。測量結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常?？梢钥吹?，9號箱至G變電站GIS終端之間是一個完整的交叉互聯(lián)段，三相單芯電纜金屬護(hù)層經(jīng)同軸電纜、交叉互聯(lián)箱進(jìn)行交叉換位連接。在正確換位的情況下，交叉互聯(lián)方式可以將金屬護(hù)層環(huán)流限制在較低水平。

1.3 電纜更換后接地環(huán)流情況

在完成A相電纜更換和接頭制作，線路送電后，運(yùn)行人員再次對此線路進(jìn)行了接地環(huán)流測量，發(fā)現(xiàn)9號箱至G變電站之間數(shù)據(jù)異常，當(dāng)時線路負(fù)荷電流為108.6A。

從測量結(jié)果看，單相接地電流最大值與最小值之比為87A/4.3A=20.23，且接地電流與負(fù)荷電流比值為96.1A/108.6A=88.49%。按照Q/GDW1512—2014《電力電纜及通道運(yùn)維規(guī)程》和Q/GDW11223—2014《高壓電纜狀態(tài)檢測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，單相接地電流最大值與最小值的比值超過5，或接地電流與負(fù)荷比值超過50%時，判定為缺陷，應(yīng)停電檢查處理。

2 缺陷原因分析

2.1 接地系統(tǒng)模型分析

為分析缺陷產(chǎn)生的原因，將9號箱至G變電站GIS終端之間接地系統(tǒng)的正確交叉互聯(lián)接線模型，并標(biāo)注環(huán)流檢測數(shù)據(jù)。由于線路送電前，外護(hù)套絕緣已測試合格，且10號和11號接地箱內(nèi)交叉互聯(lián)接線方式統(tǒng)一，與更換電纜之前完全相同，所以A相接頭處的接地線連接錯誤可能性最大。結(jié)合環(huán)流異常線段分布情況，初步判斷9—11號接地箱的A相接地同軸電纜的線芯、屏蔽方向接反。

由于9號和10號箱之間A、C兩相護(hù)層兩端短接，10和11號箱之間A、B兩相護(hù)層兩端短接，分別并聯(lián)構(gòu)成了低阻回路，從而導(dǎo)致內(nèi)部環(huán)流異常升高，最高達(dá)到96.1A;而其他線段依次串聯(lián)，并與大地形成回路，雖然也出現(xiàn)接線錯誤，但回路電阻較大，環(huán)流只比正常接線情況下略微增大，最高8.3A。

2.2 現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)證

對上文分析進(jìn)行驗(yàn)證，在未對設(shè)備停電處理前，采用帶電選線儀在現(xiàn)場進(jìn)行帶電確認(rèn)。分別在10號箱C相連接銅排、11號箱A相連接銅排上通過耦合方式輸入信號，然后在9號接地箱至G變電站GIS終端之間的各段電纜本體上接收信號。

在10號至11號接地箱之間的電纜本體上無接收信號。證明9—11號接地箱A相同軸接地電纜接反的判斷是正確的。

線路停電后，工作人員對9號箱至G變電站GIS終端之間的整個交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)進(jìn)行了相位核對，確認(rèn)了A相接地同軸電纜接反的推斷是完全正確的。

2.3 原因分析及故障處理

通過理論分析和現(xiàn)場驗(yàn)證，得出220kv電纜線路接地環(huán)流異常是由同軸電纜芯線與a相接頭屏蔽層反接引起的。

接地同軸電纜的芯線和屏蔽層應(yīng)在接頭兩端與高壓電纜的屏蔽層連接。全線所有接頭必須保持同一方向。如果其中一個方向相反，則交叉互聯(lián)系統(tǒng)的接線錯誤會導(dǎo)致接地環(huán)流異常。

在這種情況下，附件廠家人員在中間接頭制作過程中的方向判斷，導(dǎo)致接地同軸電纜芯線與a相、B相、C相的屏蔽接線方向不一致，且施工僅涉及更換a相電纜，因此，施工人員在檢修完成a相電纜絕緣電阻測試后，未對整個接地系統(tǒng)進(jìn)行相位檢查，導(dǎo)致送電前未能發(fā)現(xiàn)施工誤差。

最后，重新布線同軸電纜并恢復(fù)正確的交叉連接模式。線路檢修結(jié)束后，再次測量接地環(huán)流，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

結(jié)論：高壓電纜金屬護(hù)套的環(huán)流能客觀反映金屬護(hù)套接地系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。由于外護(hù)套損壞和同軸電纜接線錯誤，經(jīng)常會產(chǎn)生過大的環(huán)流。當(dāng)環(huán)流超過負(fù)荷電流的80%時，應(yīng)考慮是否由接地系統(tǒng)接線錯誤引起。在此情況下，通過建立接地系統(tǒng)模型，對護(hù)套環(huán)流電流值進(jìn)行了分析推導(dǎo)，找出了可能產(chǎn)生缺陷的原因，并利用帶電鑒相器進(jìn)行了帶電驗(yàn)證，為下一步制定停電處理方案提供了依據(jù)。

附件安裝過程中，必須明確同軸電纜芯線和屏蔽方向，并做好相應(yīng)標(biāo)記，避免反向連接。線路投運(yùn)前，應(yīng)按交接試驗(yàn)程序?qū)φ麄€接地系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真檢查。一是注意外護(hù)套絕緣電阻是否合格;二是逐段檢查接地系統(tǒng)，特別是交叉互聯(lián)系統(tǒng)的連接方式。系統(tǒng)接地應(yīng)在及時檢查系統(tǒng)接地后進(jìn)行驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 李宏峰.高壓電纜接地系統(tǒng)帶電檢修儀的應(yīng)用[J].中國電力企業(yè)管理，2019（15）：91-92.

[2] 李軻.高壓電力電纜接地線電流超標(biāo)原因分析及處理[J].科技風(fēng)，2019（11）：189.

[3] 郭宇佳.電力電纜接地線與電流互感器位置分析[J].四川水利，2019，38（06）：35-37.