本文转载自【南方电缆网】------杨朝阳 浙江省余杭供电局

 摘要﹕电力电缆在运行中金属屏蔽和铠装层两端接地﹐会在金属屏蔽和铠装层中形成环流﹐引起电缆发热﹐影响电缆载流量﹐如果一端接地﹐则另一端就会出现感应电压﹐危及人身和设备安全。针对这两种情况﹐介绍了实际工程中采取的方法和措施。

随着我国电网改造的深入﹐大量的架空线被电力电缆替换。电力电缆跟架空线不同﹐它被埋在地下﹐运行维护较困难﹐正确使用电缆﹐是降低工程投资﹐保证安全可靠供电的重要条件。在城市配电网络中﹐应用最广的是10 kV的电力电缆﹐一般是使用交联聚乙烯铠装三芯电缆﹐这种电缆金属护套一般只需直接接地即可。而单芯电缆金属护套的接地和三芯电缆不同。现从单芯电缆使用过程中经常被忽略的金属护套的感应电动势﹐现分析一起变电所单芯电力电缆金属护套错误接地引起的故障﹐并介绍实用的接地措施。

1 .单芯电缆金属护套过电压和环流的生成

单芯电力电缆的导体中通过交流电流时﹐其周围生成的磁场会与金属护套交链﹐在金属护套上会生成感应电动势。感应电动势的大小与导体中的电流大小﹑电缆的排列和电缆长度有关。对三相等边三角形排列的电缆﹐如果将金属护套两端直接接地﹐就会在金属护套中形成环流﹐环流的大小与电缆相应的长度﹐导体中电流大小有关。出于经济安全考虑﹐在一些电缆不长﹐导体中电流不大的场合﹐环流很小﹐对电缆载流量影响也不大﹐是可以将金属护套的两端直接接地的。

如果仅将电缆的金属护套一端直接接地﹐在正常运行时﹐电缆的金属护套另一端感应电压应不超过50 V（或有安全措施时不超过100 V）﹐否则应划分适当的单元设置绝缘接头。在发生短路故障时﹐导体中有很大的电流﹐可能会在金属护套上生成很高的过电压﹐危及护层绝缘﹐因此在电缆线路单相接地时﹐在电缆的未接地端﹐应加装过电压保护器接地。

2 单芯电缆金属护套的连接与接地

为了解决电缆金属护套两端同时接地存在环流﹐和一端直接接地﹐在另一端会出现过电压矛盾的问题﹐电缆金属护套应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。

电缆线路不长时﹐电缆金属护套应在线路一端直接接地﹐另一端经过电压保护器接地﹐如图1所示。电缆越长﹐电缆非直接接地端产生的感应电压越高﹐为保证人身安全﹐电缆在正常运行时﹐非直接接地端感应电压应限制在50 V以内﹐在短路等故障情况下﹐金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压﹐配合系数不小于1.4。因此﹐一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。

图1 电缆金属护套一端互联接线图

电缆金属护套中间直接接地﹑两端经过电压保护器接地﹐是一端直接接地的引伸﹐可以把一端直接接地电缆的最大长度增加一倍﹐接线方式和原理与一端直接接地一样。

电缆线路很长时﹐即使采用金属护套中间接地﹐也会有很高的感应电压。这时﹐可以采用金属护套交叉互联。如图2所示。

图2 电缆金属护套交叉互联接线图

如果三相电流对称﹐那么电缆末端金属护套感应电压就是零﹐可以直接将其接地﹐而不会在金属护套中出现环流。感应电压最高的地方出现在绝缘接头处﹐因此在此处应安装过电压保护器﹐同样﹐在短路等故障情况下﹐金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压配合系数不小于1.4。如果把这样一个交叉互联接地﹐看作是一个单元﹐由于该单元金属护套是两端直接接地﹐所以任何长度的电缆﹐都可以分成若干个单元﹐理论上这种接线方式适用于各种长度的电缆。

以上两种方式都需要装过电压保护器﹐因此会增加运行维护工作。如果电缆线路很短﹐传输容量有较大的裕度﹐金属护套上的感应电压极小﹐可以采用金属护套两端直接接地。金属护套中的环流很小﹐造成的损耗不显着﹐对电缆载流量影响不大﹐运行维护工作较少。 3 接地方式的实施和运行效果浙江余杭供电局110 kV闲林变电站#2主变35 kV电缆﹐电缆单相长度80 m﹐电缆一端接于110 kV闲林变电站#2主变35 kV侧﹑另一端接于#2主变电站35 kV断路器侧﹐分相敷设于沟体中。该电缆金属护层为钢丝铠装结构﹐与铜屏蔽同时在电缆两端直接接地。电缆投运于2003年1月。2006年6月13日﹐110 kV闲林变电站＃2主变35 kV电缆A相﹐靠近主变侧屏蔽线发热达到73 ℃﹐其余两相为34 ℃﹐靠近35 kV断路器侧C相屏蔽线发热达71 ℃﹐其余两相32 ℃。检修人员对该电缆屏蔽线进行了仔细检查﹐未发现异常情况﹐初步怀疑为电缆两端的钢丝铠装护层与电缆内部铜屏蔽﹑以及主接地线之间接触不良﹐金属护层中感应电流遇到高电阻后引起发热所致。

检修人员将接头处加强接触﹐并增加引下的铜接地线﹐投入运行后发现﹐电缆靠主变压器侧屏蔽线A相97 ℃﹐B相64 ℃﹐C相110 ℃。超过电缆允许最高运行温度﹐被迫将该主变压器停运。

从故障过程来看﹐电缆发热主要是由于金属护套感应电压形成的环流引起的。该电缆线路虽然较短﹐但是工作电流较大﹐正常情况达到300 A左右。所以采取两端直接接地的方式是不妥当的﹐金属护套中的环流会引起电缆发热﹐由于在接头处电阻较大﹐所以在发热较严重﹐温升较大。故障处理方式也不妥当﹐接头处加强接触﹐减少了整个回路的电阻﹐增大了回路的电流﹐所以屏蔽线发热﹐不但不降温反而温度有所上升。

经过分析﹐检修人员再次进行缺陷处理﹐将该电缆原先的两端屏蔽线直接接地方式﹐改为仅靠主变侧单端屏蔽线直接接地﹐对靠近35 kV断路器侧的屏蔽线采取保持一定距离﹐分层截断后﹐进行绝缘带包扎的处理方式﹐6月15日2时20分闲林变电站2#主变再次投入执行。经测量﹐金属护套无发热现象﹐正常运行时的感应电压也在正常范围内。

故障的处理方式虽然解决了发热故障﹐但是为以后的安全运行带来了隐患﹐在故障情况下﹐可能在未直接接地端感应出很高的过电压﹐危及金属护套的绝缘。鉴于此﹐随后安排停电﹐加装了过电压保护器。即采取了一端直接接地﹐另外一端经过电压保护器接地的接地方式。该电缆运行至今﹐没有发现异常。

电缆金属护套的接地直接影响电缆运行﹐金属护套采取合适的联接和接地方式﹐不仅可以提高电缆载流量﹐降低工程造价﹐而且对今后设备的运行维护都是非常重要﹐因此在电缆线路设计施工中﹐应特别注意金属护套的接地。此外﹐对于单芯电缆﹐为减少涡流﹐不应采用未经磁化处理的金属铠装护层。110 kV闲林变电站＃2主变35 kV电缆选用钢丝铠装是不恰当的﹐通过改正为金属护套的接地方式﹐电缆发热量已经控制在允许的范围内﹐所以未对电缆本身进行更换。