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本文轉(zhuǎn)載自【南方電纜網(wǎng)】------楊朝陽 浙江省余杭供電局

 摘要﹕電力電纜在運(yùn)行中金屬屏蔽和鎧裝層兩端接地﹐會(huì)在金屬屏蔽和鎧裝層中形成環(huán)流﹐引起電纜發(fā)熱﹐影響電纜載流量﹐如果一端接地﹐則另一端就會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電壓﹐危及人身和設(shè)備安全。針對這兩種情況﹐介紹了實(shí)際工程中采取的方法和措施。

隨著我國電網(wǎng)改造的深入﹐大量的架空線被電力電纜替換。電力電纜跟架空線不同﹐它被埋在地下﹐運(yùn)行維護(hù)較困難﹐正確使用電纜﹐是降低工程投資﹐保證安全可靠供電的重要條件。在城市配電網(wǎng)絡(luò)中﹐應(yīng)用最廣的是10 kV的電力電纜﹐一般是使用交聯(lián)聚乙烯鎧裝三芯電纜﹐這種電纜金屬護(hù)套一般只需直接接地即可。而單芯電纜金屬護(hù)套的接地和三芯電纜不同。現(xiàn)從單芯電纜使用過程中經(jīng)常被忽略的金屬護(hù)套的感應(yīng)電動(dòng)勢﹐現(xiàn)分析一起變電所單芯電力電纜金屬護(hù)套錯(cuò)誤接地引起的故障﹐并介紹實(shí)用的接地措施。

1 .單芯電纜金屬護(hù)套過電壓和環(huán)流的生成

單芯電力電纜的導(dǎo)體中通過交流電流時(shí)﹐其周圍生成的磁場會(huì)與金屬護(hù)套交鏈﹐在金屬護(hù)套上會(huì)生成感應(yīng)電動(dòng)勢。感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與導(dǎo)體中的電流大小﹑電纜的排列和電纜長度有關(guān)。對三相等邊三角形排列的電纜﹐如果將金屬護(hù)套兩端直接接地﹐就會(huì)在金屬護(hù)套中形成環(huán)流﹐環(huán)流的大小與電纜相應(yīng)的長度﹐導(dǎo)體中電流大小有關(guān)。出于經(jīng)濟(jì)安全考慮﹐在一些電纜不長﹐導(dǎo)體中電流不大的場合﹐環(huán)流很小﹐對電纜載流量影響也不大﹐是可以將金屬護(hù)套的兩端直接接地的。

如果僅將電纜的金屬護(hù)套一端直接接地﹐在正常運(yùn)行時(shí)﹐電纜的金屬護(hù)套另一端感應(yīng)電壓應(yīng)不超過50 V（或有安全措施時(shí)不超過100 V）﹐否則應(yīng)劃分適當(dāng)?shù)膯卧�設(shè)置絕緣接頭。在發(fā)生短路故障時(shí)﹐導(dǎo)體中有很大的電流﹐可能會(huì)在金屬護(hù)套上生成很高的過電壓﹐危及護(hù)層絕緣﹐因此在電纜線路單相接地時(shí)﹐在電纜的未接地端﹐應(yīng)加裝過電壓保護(hù)器接地。

2 單芯電纜金屬護(hù)套的連接與接地

為了解決電纜金屬護(hù)套兩端同時(shí)接地存在環(huán)流﹐和一端直接接地﹐在另一端會(huì)出現(xiàn)過電壓矛盾的問題﹐電纜金屬護(hù)套應(yīng)針對電纜長度和導(dǎo)體中電流大小采取不同的接地形式。

電纜線路不長時(shí)﹐電纜金屬護(hù)套應(yīng)在線路一端直接接地﹐另一端經(jīng)過電壓保護(hù)器接地﹐如圖1所示。電纜越長﹐電纜非直接接地端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓越高﹐為保證人身安全﹐電纜在正常運(yùn)行時(shí)﹐非直接接地端感應(yīng)電壓應(yīng)限制在50 V以內(nèi)﹐在短路等故障情況下﹐金屬護(hù)套絕緣的沖擊耐壓和過電壓保護(hù)器在沖擊電流作用下的殘壓﹐配合系數(shù)不小于1.4。因此﹐一端直接接地的接線方式適用的電纜不能太長。

圖1 電纜金屬護(hù)套一端互聯(lián)接線圖

電纜金屬護(hù)套中間直接接地﹑兩端經(jīng)過電壓保護(hù)器接地﹐是一端直接接地的引伸﹐可以把一端直接接地電纜的最大長度增加一倍﹐接線方式和原理與一端直接接地一樣。

電纜線路很長時(shí)﹐即使采用金屬護(hù)套中間接地﹐也會(huì)有很高的感應(yīng)電壓。這時(shí)﹐可以采用金屬護(hù)套交叉互聯(lián)。如圖2所示。

圖2 電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接線圖

如果三相電流對稱﹐那么電纜末端金屬護(hù)套感應(yīng)電壓就是零﹐可以直接將其接地﹐而不會(huì)在金屬護(hù)套中出現(xiàn)環(huán)流。感應(yīng)電壓最高的地方出現(xiàn)在絕緣接頭處﹐因此在此處應(yīng)安裝過電壓保護(hù)器﹐同樣﹐在短路等故障情況下﹐金屬護(hù)套絕緣的沖擊耐壓和過電壓保護(hù)器在沖擊電流作用下的殘壓配合系數(shù)不小于1.4。如果把這樣一個(gè)交叉互聯(lián)接地﹐看作是一個(gè)單元﹐由于該單元金屬護(hù)套是兩端直接接地﹐所以任何長度的電纜﹐都可以分成若干個(gè)單元﹐理論上這種接線方式適用于各種長度的電纜。

以上兩種方式都需要裝過電壓保護(hù)器﹐因此會(huì)增加運(yùn)行維護(hù)工作。如果電纜線路很短﹐傳輸容量有較大的裕度﹐金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓極小﹐可以采用金屬護(hù)套兩端直接接地。金屬護(hù)套中的環(huán)流很小﹐造成的損耗不顯著﹐對電纜載流量影響不大﹐運(yùn)行維護(hù)工作較少。 3 接地方式的實(shí)施和運(yùn)行效果浙江余杭供電局110 kV閑林變電站#2主變35 kV電纜﹐電纜單相長度80 m﹐電纜一端接于110 kV閑林變電站#2主變35 kV側(cè)﹑另一端接于#2主變電站35 kV斷路器側(cè)﹐分相敷設(shè)于溝體中。該電纜金屬護(hù)層為鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)﹐與銅屏蔽同時(shí)在電纜兩端直接接地。電纜投運(yùn)于2003年1月。2006年6月13日﹐110 kV閑林變電站＃2主變35 kV電纜A相﹐靠近主變側(cè)屏蔽線發(fā)熱達(dá)到73 ℃﹐其余兩相為34 ℃﹐靠近35 kV斷路器側(cè)C相屏蔽線發(fā)熱達(dá)71 ℃﹐其余兩相32 ℃。檢修人員對該電纜屏蔽線進(jìn)行了仔細(xì)檢查﹐未發(fā)現(xiàn)異常情況﹐初步懷疑為電纜兩端的鋼絲鎧裝護(hù)層與電纜內(nèi)部銅屏蔽﹑以及主接地線之間接觸不良﹐金屬護(hù)層中感應(yīng)電流遇到高電阻后引起發(fā)熱所致。

檢修人員將接頭處加強(qiáng)接觸﹐并增加引下的銅接地線﹐投入運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)﹐電纜靠主變壓器側(cè)屏蔽線A相97 ℃﹐B相64 ℃﹐C相110 ℃。超過電纜允許最高運(yùn)行溫度﹐被迫將該主變壓器停運(yùn)。

從故障過程來看﹐電纜發(fā)熱主要是由于金屬護(hù)套感應(yīng)電壓形成的環(huán)流引起的。該電纜線路雖然較短﹐但是工作電流較大﹐正常情況達(dá)到300 A左右。所以采取兩端直接接地的方式是不妥當(dāng)?shù)末o金屬護(hù)套中的環(huán)流會(huì)引起電纜發(fā)熱﹐由于在接頭處電阻較大﹐所以在發(fā)熱較嚴(yán)重﹐溫升較大。故障處理方式也不妥當(dāng)﹐接頭處加強(qiáng)接觸﹐減少了整個(gè)回路的電阻﹐增大了回路的電流﹐所以屏蔽線發(fā)熱﹐不但不降溫反而溫度有所上升。

經(jīng)過分析﹐檢修人員再次進(jìn)行缺陷處理﹐將該電纜原先的兩端屏蔽線直接接地方式﹐改為僅靠主變側(cè)單端屏蔽線直接接地﹐對靠近35 kV斷路器側(cè)的屏蔽線采取保持一定距離﹐分層截?cái)嗪螬o進(jìn)行絕緣帶包扎的處理方式﹐6月15日2時(shí)20分閑林變電站2#主變再次投入執(zhí)行。經(jīng)測量﹐金屬護(hù)套無發(fā)熱現(xiàn)象﹐正常運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電壓也在正常范圍內(nèi)。

故障的處理方式雖然解決了發(fā)熱故障﹐但是為以后的安全運(yùn)行帶來了隱患﹐在故障情況下﹐可能在未直接接地端感應(yīng)出很高的過電壓﹐危及金屬護(hù)套的絕緣。鑒于此﹐隨后安排停電﹐加裝了過電壓保護(hù)器。即采取了一端直接接地﹐另外一端經(jīng)過電壓保護(hù)器接地的接地方式。該電纜運(yùn)行至今﹐沒有發(fā)現(xiàn)異常。

電纜金屬護(hù)套的接地直接影響電纜運(yùn)行﹐金屬護(hù)套采取合適的聯(lián)接和接地方式﹐不僅可以提高電纜載流量﹐降低工程造價(jià)﹐而且對今后設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)都是非常重要﹐因此在電纜線路設(shè)計(jì)施工中﹐應(yīng)特別注意金屬護(hù)套的接地。此外﹐對于單芯電纜﹐為減少渦流﹐不應(yīng)采用未經(jīng)磁化處理的金屬鎧裝護(hù)層。110 kV閑林變電站＃2主變35 kV電纜選用鋼絲鎧裝是不恰當(dāng)?shù)末o通過改正為金屬護(hù)套的接地方式﹐電纜發(fā)熱量已經(jīng)控制在允許的范圍內(nèi)﹐所以未對電纜本身進(jìn)行更換。