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【安全講堂】高壓電纜接地環(huán)流異常原因分析及典型案例

2021-04-25

一、電纜接地環(huán)流簡介

    110千伏及以上電纜采用單芯結(jié)構(gòu),其工作電流產(chǎn)生的交變磁場將在金屬護層上產(chǎn)生感應(yīng)電勢,若護套通過大地形成通路,金屬護層上將產(chǎn)生接地環(huán)流。接地環(huán)流超標(環(huán)流值大于50A或超過負荷電流的20%或相間最大值/最小值大于3)不僅影響電纜載流量和使用壽命,環(huán)流引起的嚴重發(fā)熱會燒毀接地線或接地箱,消缺不及時可能會引發(fā)惡性電網(wǎng)事故。

二、電纜接地環(huán)流影響因素

    影響電纜接地環(huán)流的主要有以下因素:

   1、電纜的接觸電阻

    如果存在焊接不好或者接觸不良的位置導(dǎo)致某相接觸電阻增大時,該相的接地環(huán)流會顯著變小,但另外兩相的接地環(huán)流并不一定隨之減小。隨著電阻的增大,總接地電流也并不一定隨之減小。

   2、接地電阻

    隨著接地電阻與大地回路電阻之和的增加,各相接地環(huán)流都在減小。但接地電阻過大,會導(dǎo)致接地處接觸不良,引起發(fā)熱和損耗。

   3、電纜的接地方式

   為了限制電纜金屬護層上的感應(yīng)電勢,高壓電纜通常采用護套或屏蔽層單端接地、兩端接地、交叉互聯(lián)等接地方式。對較長的高壓電纜線路,能有效限制接地環(huán)流的是交叉互聯(lián)接地方式。

        其中,Ia、Ib、Ic分別為A、B、C 三相高壓電纜金屬護套上流過的電流值;Ie為經(jīng)過大地回路的電流值;Rd為大地回路的等效電阻,Rd1和Rd2為電纜護套兩端接地電阻;通常情況下,三相電纜的運行電流數(shù)值上可默認為一致,通過三相電流間的相位差,還抵消在完整交叉互聯(lián)段內(nèi)電纜金屬護層上的感應(yīng)電壓,從而達到降低接地環(huán)流的目的。

     4、各電纜分段長度、電纜排列方式、相間距離等

       電纜一般采用交叉互聯(lián)的接地方式以減低接地環(huán)流,在電纜排管敷設(shè)的工程實踐中,大量存在護套交叉互聯(lián)的各段具有不同長度和不同排列方式的情況。由于相同線芯電流下單位長度電纜水平或豎直排列方式下,金屬護套感應(yīng)電壓大于直角三角形排列方式下護套感應(yīng)電壓。因此在不等長分段電纜中,較長的電纜采用感應(yīng)電壓小的三角形排列方式,較短的電纜采用感應(yīng)電壓大的水平或豎直排列方式,有利于降低大段護套感應(yīng)電壓,即可通過適當(dāng)選取各小段排列方式來平衡電纜長度差帶來的感應(yīng)電壓差,以降低護套環(huán)流。

三、電纜接地環(huán)流異常分析

        1、交叉互聯(lián)換相失敗

圖2  交叉互聯(lián)錯誤接線示意圖

 

        換相失敗將導(dǎo)致失去某一個方向電流相量,此時護套接地電流顯著增大,最終可能引發(fā)運行故障。不同換位失敗的情況,三相電流的幅值、相位均存在較大差異。換位失敗表現(xiàn)為兩相接地電流較接近,而另一相電流相對較小,一般為最小接地電流相2倍左右。

       2、箱內(nèi)進水

       交叉互聯(lián)箱進水時,箱內(nèi)水體形成的接地電阻較小,箱內(nèi)外水體相連相當(dāng)于電流直接接地。如下圖所示,a或b或c處直接接地。

圖3  箱內(nèi)進水交叉互聯(lián)示意圖

           常年降雨可能導(dǎo)致電纜溝交叉互聯(lián)箱內(nèi)長期積水,特別是兩箱均進水時,容易接地電流高達數(shù)百安培,護套電流出現(xiàn)突增,電纜內(nèi)部熱量急劇上升。一箱進水,故障回路三相電流有略微差別,相對非故障時段增加約2.5 倍。

        3、同軸電纜斷裂

       采用交叉互聯(lián)接地方式的線路一般大于1 km,同軸電纜一旦斷開,將在斷開處產(chǎn)生上百伏電壓,對線路構(gòu)成重大威脅。同時導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)金屬護套無法形成回路,護套內(nèi)無法通過環(huán)流。

四、電纜接地環(huán)流異常典型案例

         某110千伏線路為架空—電纜混聯(lián)線路,其中電纜型號為YJLW03—64/110—1×800mm2,該線路于2014年9月投運,長度約1220米。2016年12月27日,對該電纜接地系統(tǒng)進行改造,采用交叉互聯(lián)方式接地。完整的交叉互聯(lián)段為站內(nèi)、#1箱、#2號箱和站外鐵塔,#1和2#為交叉互聯(lián)箱,其余均為直接接地。其接地環(huán)流檢測結(jié)果如下表:

表1 某110千伏電纜線接地環(huán)流測試結(jié)果

        按照Q/GDW11316《電力電纜線路試驗規(guī)程》中5.2.3規(guī)定:接地環(huán)流與負荷電流比值小于20%;單相接地環(huán)流最大值與最小值的比值小于3。當(dāng)負荷電流為57.8A時,站內(nèi)直接接地箱、1#和2#交叉互聯(lián)箱的A、B、C三相的外護層電流分均嚴重超出規(guī)程要求,且單相接地環(huán)流的最大值與最小值比值(37.6/9.7=3.88)也大于3。

         根據(jù)上表中所測接地環(huán)流數(shù)據(jù)分析可知:1#井內(nèi)A相接地環(huán)流38.2A,對應(yīng)2#井C相接地環(huán)流37.6A;1#井內(nèi)B相接地環(huán)流28.5A,對應(yīng)2#井A相接地環(huán)流32.7A;1#井內(nèi)C相接地環(huán)流10.2A,對應(yīng)2#井B相接地環(huán)流9.7A。三相接地環(huán)流分別流經(jīng)途徑為A相接地環(huán)流未流過B相鎧裝、B相接地環(huán)流未流過C相鎧裝、C相接地環(huán)流未流過A相鎧裝,如下圖及表所示。

表2 接地環(huán)流交叉段內(nèi)實際路徑表

 

圖4 接地環(huán)流交叉段內(nèi)實際路徑圖

        經(jīng)現(xiàn)場巡查發(fā)現(xiàn)#1電纜檢修井接地箱內(nèi)部交叉互聯(lián)方式為“撇-撇-捺”,三相順序為A、B、C。#2電纜檢修井接地箱內(nèi)部交叉互聯(lián)方式為“捺-捺-撇”,三相順序為A、B、C,電纜護層保護器和絕緣件均未發(fā)現(xiàn)受潮和燒蝕痕跡,分別如下圖所示:

  

 

 

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