35 kV单芯电缆交叉互联改造分析

谢国良

(湖南华菱湘潭钢铁集团有限公司动力厂，湖南湘潭 411101)

35 kV单芯电缆交叉互联改造分析

谢国良

(湖南华菱湘潭钢铁集团有限公司动力厂，湖南湘潭 411101)

由于35 kV单芯电缆屏蔽存在单点或多点接地，在运行过程中屏蔽层产生感应电压，屏蔽层形成环流，使电缆发热，加速老化，甚至形成很高的感应电压，击穿电缆外护套。针对这种现象，对35 kV长距离单芯电缆屏蔽实施交叉互联，有效降低感应电压，保证电缆的安全稳定运行。

感应电压；环流；交叉互联

1 前言

目前，湘钢35 kV单芯电缆是供电的主要方式，特别是长距离输送电。而在35 kV长距离单芯电缆输送电过程中，由于隧道内电缆无规则摆放，在电缆屏蔽层上感应出超出安全电压的过电压，影响电缆的正常运行。因此，为了有效降低感应过电压，湘钢35 kV超过1500 m的单芯电缆采用交叉互联方式，保证运行电缆的安全运行。

2 35 kV单芯电缆交叉互联改造实施

2.1 电缆屏蔽层接地方式

通常三芯电缆（一般为35 kV及以下电压等级电缆）都采用两端接地方式，因为在电缆运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在电缆金属屏蔽层基本没有感应电压。而单芯电缆（一般为35 kV及以上电压等级电缆）一般不能采取两端直接接地方式。原因是：当单芯电缆线芯通过电流时金属屏蔽层会产生感应电流，电缆的两端会产生感应电压。感应电压的高低与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，当电缆线路发生短路故障、遭受雷电冲击或操作过电压时，屏蔽层上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿电缆外护套，严重者造成电缆单相接地事故甚至短路“放炮”事故。单芯电缆两端直接接地，电缆的金属屏蔽层还可能产生环流，而单芯电缆两端接地产生的环流甚至可达到电缆线芯正常输送电流的30%～80%，这既降低了电缆的载流量、又浪费电能形成损耗，并加速了电缆绝缘老化。因此单芯电缆不应两端接地，高压单芯电缆线路安装时，应该按照《电力工程电缆规程》的要求采取特殊的接地方式，为提高电缆的输送容量和防止电缆外护层被击穿。经我厂与长沙电缆附件厂技术交流，了解到单芯长距离电缆的交叉互联技术是一种有效的解决方案。

2.2 交叉互联原理

交叉互联的原理为：将每大段电缆分为长度相等的三小段或三的倍数段，每段之间装绝缘接头，接头处护层三相之间用同轴电缆引线经交叉互联箱及保护器进行换位相连。使各大段上的电压辐值相等，相位相差120°，总感应电压相量和0，不产生环流或环流很小。

通常将三段长度相等或基本相等的电缆组成一个换位段，其中有两套绝缘接头，每套绝缘接头两侧的不同相的金属屏蔽层采用交叉换位法相互连接，如图1所示。

图1 交叉换位互联原理接线

金属护套交叉互联的方法是：将U相右侧金属护套接到V相左侧;将V相右侧金属护套接到W相左侧;将W相右侧金属护套接到U相左侧。

3 交叉互联改造方案

3.1 实施交叉互联方案的前提条件

为了满足交叉互联的需要，电缆金属屏蔽层必须具有一定的绝缘性能，即改造前金属屏蔽层不能存在接地情况。如果存在多点接地，接地点之间会产生环流，使得交叉互联的分段电缆屏蔽层电压降不能平衡，最终改造效果会大打折扣。经前期监测，目前三中央送电动鼓风机站的电缆三相都存在多点接地情况，那么要对该回路电缆进行改造，必须先着手处理多点接地状况。在湘钢对屏蔽接地故障的处理办法是采用脉冲法，先通过定位屏蔽层的接地点，再将其进行包扎垫胶皮做绝缘处理。

3.2 交叉互联系统的主要组成

3.2.1 交叉互联箱

图2 交叉互联箱内部结构和连接方式

护层保护器：在金属屏蔽层实行单端接地的非接地端，或金属屏蔽交叉互联处，为了限制在系统暂态过程中金属屏蔽层的电压，需装设护层保护器。目前湘钢一般采用残压较低、工频耐压强度较高的非线性材料制成的氧化锌阀片电缆护层保护器。

同轴电缆：为了降低护层保护器引线的阻抗和过电压时的压降，护套交叉互联应采用同轴电缆作为引线，且长度越短越好(应不超过12 m)，在整条电缆线路上，同轴电缆引线的内、外芯的接法必须一致，因为当发生系统接地故障时，同轴电缆要通过接地电流。湘钢三中央送电动鼓风机站电缆线径为240 mm2，采用内、外芯为50 mm2的同轴电缆，可以满足接地故障时的热稳定要求。

3.2.2 不断线芯绝缘接头

不断线芯绝缘接头是一种在不断开单芯电缆线芯导体及绝缘下，断开电缆绝缘屏蔽的一种接头型式。其两端屏蔽通过带材绕包绝缘；屏蔽断口绕包应力带材解决应力控制问题；采用防水胶带及铠装带恢复电缆防护性能。

4 交叉互联系统试验方法和要求

电力行业标准DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》第11章对电力电缆的交叉互联系统的预防性试验规定如下：

交叉互联系统除进行下列定期试验外，如在交叉互联大段内发生故障，则也应对该大段进行试验。如交叉互联系统内直接接地的接头发生故障时，则与该接头连接的相邻两个大段都应进行试验。

其次，通过摸索，对湘钢交叉互联系统的试验做如下规定：

4.1 电缆外护套、绝缘接头外护套与绝缘夹板的直流耐压试验

试验时必须将护层过电压保护器断开。在互联箱中将另一侧的三段电缆金属套都接地，使绝缘接头的绝缘夹板也能结合在一起试验，然后在每段电缆金属屏蔽与地之间施加直流电压5 kV，加压时间1 min，不应击穿。

4.2 氧化锌阀片电缆护层保护器的试验

（1）氧化锌电阻片：对电阻片施加直流参考电流后测量其压降，即直流参考电压，其值应在产品标准规定的范围之内。

（2）非线性电阻片及其引线的对地绝缘电阻：将非线性电阻片的全部引线并联在一起与接地的外壳绝缘后，用1000 V兆欧计测量引线与外壳之间的绝缘电阻，其值不应小于10 MΩ。

4.3 互联箱

（1）接触电阻：本试验在作完护层过电压保护器的上述试验后进行。将连接片恢复到正常工作位置后，用双臂电桥测量连接片的接触电阻，其值不应大于20μΩ。

（2）连接片连接位置：本试验在以上交叉互联系统的试验合格后密封互联箱之前进行。连接位置应正确。如发现连接错误而重新连接后，则必须重测连接片的接触电阻。

5 实施交叉互联改造案例分析

2013年10月份，湘钢动力厂对三中央送电动风机电缆实施了交叉互联，在电缆隧道通风井39#门和24#门处将该电缆分段，现将改造前后的数据进行对比如下：

5.1 运行数据对比

5.1.1 改造前

表1 电缆带负荷时金属屏蔽层环流、感应电压测试值

从表1实测数据可以看出，如果电缆金属屏蔽层绝缘良好的话，理论上环流为0（三中央送电动风机电缆为一端接地，一端经护层保护器接地），但由于屏蔽层存在多点接地情况，导致三中央侧仍存在接地环流。由于线路较长（2230 m左右），感应电压测量将近160 V。

5.1.2 改造后

表2 39#门处电缆带负荷时金属屏蔽层环流、感应电压测试值

从表2实测数据可以看出，经过交叉互联改造后，感应电压分段降低，电缆隧道通风井39#门处屏蔽层的感应电压得到了明显降低，基本稳定在30 V左右。但由于铜屏蔽层的接地状况未完全消除，同时电缆屏蔽层未做到严格三等分段，所以仍然存在接地环流情况。

表3 24#门处电缆带负荷时金属屏蔽层环流、感应电压测试值

从表3实测数据可以看出，经过交叉互联改造后，电缆隧道通风井24#门屏蔽层的感应电压得到了明显降低，基本稳定在30 V左右。但由于铜屏蔽层的接地状况未完全消除，同时电缆屏蔽层未做到严格三等分段，所以仍然存在接地环流情况。

5.2 改造效果评估

由图3可见，交叉互联改造后，电缆铜屏蔽层的两端直接接地，对地电压为0；同时，根据感应电压的大小与电缆长度成正比的原理，绘制整个电缆铜屏蔽层换相连接后电缆长度与感应电压的分布图。对照图3可看出，当我们采取交叉互联措施后，金属屏蔽层任一点的感应电压已低于100 V，电缆屏蔽层感应电压满足GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求，即单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套任一点的感应电压不应超过50～100 V（未采取不能任意接触金属护套的安全措施时不大于50 V；如采取了有效措施时，不得大于100 V），并对地绝缘，且效果良好。

图3 电缆铜屏蔽层换相连接时沿电缆长度对地电压分布图

6 结语

通过以上数据分析，表明在公司35 kV超1500 m长距离单芯电缆供电的开路中，当采取交叉互联措施后，能有效地降低电缆屏蔽层的感应电压，进而能有效延长电缆使用寿命，达到降低故障率的目的。

A Study on Cross Connection of 35 kV Single-core Cables

XIE Guoliang
(The Power Plant of Valin Xiangtan Iron and Steel Co.,Ltd.,Xiangtan,Hunan 411101,China)

Due to single-point and multi-point grounding of the shield of the 35 kV single-core cable,induced voltage is generated and convective current formed in the shielding layer,which heats the cable,accelerates aging of the cable and even forms high induced voltage to breakdown the outer sheath of the cable.To solve this problem,the shielding of long-distance 35 kV single-core cable was cross connected,effectively reducing induced voltage and ensuring safe and stable operation of the cables.

induced voltage;convective current;cross connection

TM 247

B

1006-6764(2014)03-0010-03

2013－01－02

谢国良（1982－），男，大学本科学历，助理工程师，现从事电气自动化专业技术工作。