一起单芯电缆GIS终端发热原因分析与处理

2013-10-15迟建芳贺爱庄钟庆超

山东电力技术 2013年3期

迟建芳，贺爱庄，谢博，钟庆超

（烟台供电公司，山东烟台 264000）

0 引言

随着城市电网改造工作的深入，电力电缆已经成为配电网联络的经脉［1］，因此保证电缆线路的安全稳定运行直接关系到整个供电系统的可靠性。利用护套电流测试和红外测温技术发现了一起高压电缆线路电流异常事件，通过分析论证查找出造成电流过大、终端发热的原因。

1 高压电缆护套接地方式

交流单芯电缆使用率越来越高，当其遭受过电压或发生不对称短路故障时，金属护套上会形成很高的感应电压，使护套绝缘发生击穿，所以需要采取特殊的接地方式，避免电缆护层绝缘被击穿［2］。

1.1 金属护套两端接地

护套两端接地是指在金属护套的两个终端位置直接接地。这种接地方式可减少工作量，但是在金属护套上存在环流，适用的条件比较苛刻，要求电缆线路很短、传输功率很小、传输容量有很大的裕度等，因此一般不宜采用这种方式［3］。

1.2 金属护套一端接地一端保护接地

电缆线路较短时（500 m 以内）［3－4］，金属护套通常采用一端直接接地，另一端通过保护器接地，对地绝缘没有构成回路，可以减少及消除环流，有利于提高电缆的传输容量和电缆的安全运行。

1.3 金属护套中点接地两端保护接地

电缆线路较长时，若电缆线路采用一端接地，其金属护套的感应电压将不满足设计规范要求，可以在电缆线路的中点将电缆的金属护套进行单点互联接地，而电缆金属护套的两个终端通过保护器接地，因此采用这种接地方式的电缆线路可看作2个“一端直接接地，一端保护接地”的电缆线路连接在一起的安装方式［5］。

1.4 金属护套交叉互联

护套交叉互联是指电缆线路分成若干大段，每大段原则上分成长度相等的三小段，每小段之间以绝缘接头连接，绝缘接头处金属护套三相之间用同轴电缆经接线盒（又称换位箱）进行换位连接，绝缘接头处的换位箱内装设一组护层保护器，每大段的两端护套分别互联并接地［6］。当电缆线路大于500 m时，可采用护套交叉互联的连接方式。

2 110 kV电缆护套温度异常分析

2.1 嵛凤线电缆终端温度过高

2011年5月19日，在对高压电缆红外测温过程中，发现110 kV嵛凤线凤台山段电缆GIS终端B相温度过高，温差为20℃，如图1所示。

图1 嵛凤线站内GIS终端红外成像图谱

该段电缆是从凤台山站内GIS到站外龙门架，全长 140 m，电缆型号 YJLV－1×400，2003 年投入运行，正常负荷电流250～400 A。金属护套接地方式为站内经保护器接地，站外直接接地。

2.2 原因分析

根据红外测温热谱图分析可知，发热点位于电缆终端尾管与电缆护套连接处，初步判断发热原因为此处封铅不牢固，接触电阻过大。为了进一步确定引起发热的原因，用钳形电流表对电缆两端接地箱处的护套电流以及GIS开关底板和密封底座连接线处（图2）的电流进行检测，测试结果如表1所示。

图2 凤台山站内GIS终端电流测试位置

表1 护套电流测试记录

根据GIS终端的结构特性，每相的开关底板和密封底座是通过6根裸铜线连接的，由表1的测试结果看出，每根铜线的电流35 A左右，6根并联后的电流与站外直接接地箱处的电流相当。因此分析，在电缆终端头的制作过程中，由于护套接地线与GIS的金属底座的直接连接，造成护套通过GIS的金属外壳接地，使接地保护器被短路，失去了保护作用。从而改变了设计时的护套接地方式，将一端保护接地，一端直接接地变成了护套两端直接接地。感应电压在护套和大地间形成了环流，引起接触电阻较大处发热。为了验证分析，对两端直接接地的电缆护套电流进行计算。

2.3 两端直接接地的电缆护套环流计算

高压单芯电缆在运行条件下其导体流过的电流会在电缆金属护套产生感应电压。当护套两段直接接地时，由于电阻足够小，感应电压会在护套和大地间形成较大的环流，危害电缆的稳定运行［7］。

嵛凤线电缆敷设采用三角形排列，其护套感应电压的计算公式为［8－9］：

按上式进行计算，当负荷电流为300 A，轴间距离为220 mm时，B相护套的感应电压为18.75 V，满足GB50217－94关于单芯电缆金属护套上的感应电压不超过50 V的规定。

但由于本条电缆连接的站内GIS终端结构的特殊性，造成电缆护套两端接地，在接地点和大地间形成了环流，如图3所示。感应电压在护层中形成的环流按公式（4）、（5）［10］进行计算，得出护套环流 ISB=288A，另两相的护套环流与B相相等，相位差为120°。

式中：RS为金属护套电阻，Ω；ρs金属护套的电阻系数；ds1、ds2分别为护套的内、外直径，cm。

图3 单芯电缆金属护层环流示意图

由于在计算过程中，没有考虑接地电阻以及环境温度对电阻系数的影响等因素，所以计算值比实测值略大，但通过对比仍能证明，该段电缆的环流过大是因为两端的护套直接接地造成的。

3 缺陷处理

正常情况下，与架空线路连接的电缆，直接接地一般装设在架空线路端，保护器装设在另一端。但由于本条线路的特殊性，这样装设将会使站内的保护器失去保护作用，造成电缆护套上较大的环流。因此经过分析论证，更改了电缆护套的接地方式，将站内的保护接地箱和站外的直接接地箱进行更换，使站外保护接地，站内直接接地。更换完恢复送电1天后，对电缆终端温度和护套电流进行了再次测试，测试结果均恢复正常。