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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(jiǎn)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(chǎng)將在金屬護(hù)層上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，若護(hù)套通過大地形成通路，金屬護(hù)層上將產(chǎn)生接地環(huán)流。接地環(huán)流超標(biāo)（環(huán)流值大于50A或超過負(fù)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(yán)重發(fā)熱會(huì)燒毀接地線或接地箱，消缺不及時(shí)可能會(huì)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(shí)，該相的接地環(huán)流會(huì)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(huì)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(hù)層上的感應(yīng)電勢(shì)，高壓電纜通常采用護(hù)套或屏蔽層單端接地、兩端接地、交叉互聯(lián)等接地方式。對(duì)較長(zhǎng)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(hù)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(hù)套兩端接地電阻；通常情況下，三相電纜的運(yùn)行電流數(shù)值上可默認(rèn)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(hù)層上的感應(yīng)電壓，從而達(dá)到降低接地環(huán)流的目的。

4、各電纜分段長(zhǎng)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(shí)踐中，大量存在護(hù)套交叉互聯(lián)的各段具有不同長(zhǎng)度和不同排列方式的情況。由于相同線芯電流下單位長(zhǎng)度電纜水平或豎直排列方式下，金屬護(hù)套感應(yīng)電壓大于直角三角形排列方式下護(hù)套感應(yīng)電壓。因此在不等長(zhǎng)分段電纜中，較長(zhǎng)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(hù)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(zhǎng)度差帶來的感應(yīng)電壓差，以降低護(hù)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(cuò)誤接線示意圖

換相失敗將導(dǎo)致失去某一個(gè)方向電流相量，此時(shí)護(hù)套接地電流顯著增大，最終可能引發(fā)運(yùn)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(duì)較小，一般為最小接地電流相2倍左右。

2、箱內(nèi)進(jìn)水

交叉互聯(lián)箱進(jìn)水時(shí)，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(jìn)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(zhǎng)期積水，特別是兩箱均進(jìn)水時(shí)，容易接地電流高達(dá)數(shù)百安培，護(hù)套電流出現(xiàn)突增，電纜內(nèi)部熱量急劇上升。一箱進(jìn)水，故障回路三相電流有略微差別，相對(duì)非故障時(shí)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(duì)線路構(gòu)成重大威脅。同時(shí)導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)金屬護(hù)套無法形成回路，護(hù)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(hào)為YJLW03—64/110—1×800mm2，該線路于2014年9月投運(yùn)，長(zhǎng)度約1220米。2016年12月27日，對(duì)該電纜接地系統(tǒng)進(jìn)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(hào)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(cè)結(jié)果如下表：

表1 某110千伏電纜線接地環(huán)流測(cè)試結(jié)果

按照Q/GDW11316《電力電纜線路試驗(yàn)規(guī)程》中5.2.3規(guī)定：接地環(huán)流與負(fù)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(fù)荷電流為57.8A時(shí)，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(hù)層電流分均嚴(yán)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)際路徑表

圖4 接地環(huán)流交叉段內(nèi)實(shí)際路徑圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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?yàn)锳、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?yàn)锳、B、C，電纜護(hù)層保護(hù)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：

【安全講堂】高壓電纜接地環(huán)流異常原因分析及典型案例

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