500 kV高压电缆外护套环流在线监测装置故障分析与处理

敖富荣

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

500 kV高压电缆外护套环流在线监测装置故障分析与处理

敖富荣

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

统计了龙滩水电厂500 kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆外护套环流在线监测装置出现故障的类型,并根据故障情况通过理论计算分析故障产生的原因,提出了合理的解决方案,为高压电缆接地环流在线监测的故障的分析及处理起到指导作用。

500 kV高压电缆；环流；在线监测；故障分析；龙滩水力发电厂

0 引 言

500 kV交联聚乙烯高压电缆运行系统由电缆本体和附件共同构成,其中附件包括中间接头、终端接头及交叉互联系统。电缆系统在生产、运输、安装和运行过程中,均可能因生产工艺不良或产品质量问题及运行环境差而产生一些小缺陷。这些缺陷受外施电场作用而发生局部放电、局部温升、介质损耗增大等物理现象,加速电缆系统老化,甚至造成电缆系统事故。通过在线监测或检测能及时了解电缆系统的运行状态,保障其安全、可靠地运行。

为了保障电站安全稳定运行,对电缆的运行监测提出了较高的要求。本文结合龙滩水电厂现场高压电缆运行维护情况,记录及分析电缆接地环流在线监测运行数据,总结分析了高压电缆接地环流监测装置故障情况,探讨500 kV交联聚乙烯高压电缆接地环流在线监测装置故障的分析及处理方法。

1 高压电缆接地系统及接地环流在线监测运行情况

1.1 高压电缆接地系统

当高压电缆中有电流流过时,金属护层会产生感应电压,为了保证电缆的安全运行,金属护层一般要可靠接地,为了抑制较大的感应接地环流,一般用单端接地和交叉互联接地的方法进行接地。护层接地环流会随着绝缘状态的变化而增大,绝缘状态良好时,接地感应环流接近于零,当外护套破损导致多点接地,电阻变小,环流会变得很大,当主绝缘层发生绝缘劣化,电缆线芯和护层之间电容减小,感应电流增大[1]。

表1 金属护套对地电压及接地环流数据

龙滩水电厂电缆金属护层接地方式采用一端直接接地、另一端经过护层保护器接地,这种接地方式适用于500 M以下的电缆线路。该接地方式一般是线路与电缆连接处直接接地,金属护层的其他部分对地绝缘。当线路不对称或发生短路故障时,金属护套上的感应环流最大可以达到线芯电流的90%以上,将产生很大的环流损耗,使电缆主绝缘发热,影响电缆的载流量,加速电缆绝缘老化,影响电力系统的安全运行[2]。

此种接地方式中安装了回流线,回流线是一条沿电缆线路平行敷设的导体,此导体两端接地,其作用是产生反向磁感线来降低感应电压。装设回流线可降低短路故障时金属护层的感应电压,避免干扰二次回路的正常运行。

1.2 高压电缆金属护层接地环流在线监测运行情况

龙滩水电厂投产时安装了接地环流监测装置,用于监测各相电缆接地环流,该装置由电流互感器及监测装置组成,电流测量范围为0～2.5 A。在现场检查时,装置监测显示电流值指示“正常”,均在2.3 A左右。但从表1采用钳型电流表实际测量数据看,各相电缆接地电流在4.9～7.0 A范围内,监测数据明显存在较大偏差。

2 故障类型统计及原因分析

2.1 故障现象及类型

自2007年首台发电机投产以来,500 kV高压电缆接地环流监测装置故障不断,据不完全统计,故障数量高达78条,累计处理次数78台次。故障主要表现为三类：一类是监控屏及现地报警,且报警信号无法复归；二类是现地接地环流监测装置显示屏卡、“0”显示或乱码现象；三类是现地接地环流流监测装置黑屏死机现象。故障类型统计数见表2，三类故障的故障率分别是28.2%、25.6%、46.2%。

2.2 故障原因分析

根据缺故障类型及处理情况分析如下：从现场监测装置显示数据方面可知,“正常”接地环流在2.2～2.5 A之间,而通过钳形电流表实测的接地环流值在4.9～6.9 A,因此说明高压电缆金属护层接地环流监测装置不能够较准确的反映高压电缆护层的电流情况,监测数据明显存在较大偏差,测量单元精度较差。

表2 故障类型统计

接地环流监测装置在报警状态下,被监测的高压电缆接地回流线电流及接地环流监测装置显示电流均未达到报警值,因此判断报警信号属于误报。经将装置停电复归处理,卡屏、误报信号故障复归后正常运行,但一段时间后仍然会出现类似故障,说明该装置稳定性较差。

据统计分析历来缺陷故障发现,有46.2%的故障是装置死机,约占故障率的一半。针对死机类故障,对装置进行解体检查,发现装置内二极管元件损坏。分析原因是装置质量较差,装置不稳定和抗干扰能力弱导致经常出现死机现象。

经过对各类故障分析总结,测量单元精度差及监测装置性能不稳定、装置参数配置不符合实际要求是导致监测装置重复故障的主要原因。

2.3 高压电缆金属外护套电流及感应电压计算

计算正常运行电压下高压电缆的金属外护套电流为

(1)

式中,C为1 km的电缆电容值,取0.145 μF/km；

表3 改造前、后及实测电流数据

L为最长一根电缆的长度,取519 m；UN为电缆正常运行电压,取500 kV。

由式(1)计算出的高压电缆金属护层电流最大值为6.82 A,而接地监测装置检测到的护层电流最大值为2.3 A,实际运行过程中,通过钳形电流表实测的电流最大值为6.9 A,因此说明高压电缆金属护层接地环流监测装置不能较准确的反映高压电缆护层的电流情况。

按感应电压正常运行时,电缆金属护套感应电压为0.133 V/m计算,可计算出金属护套电压值为69.02 V,而实际运行时金属护套电压值在37.8～51.3 V,龙滩水电站金属护套感应电压小于70 V属于正常。

3 故障处理

为确保高压电缆能够安全可靠运行,在检修期间针对以上问题进行改造。将原来开合式电流互感器更换为精度较高的电流互感器,使其测量数据精准。重新根据现场实际分析选型监测装置,选型的监测装置具备监测容量充裕、可设置上限报警并可手动复归,具有标准的通讯协议并能输出到监控系统,抗干扰能力强、性能稳定的监测装置。其中电流互感器改为精度较高的电流互感器,变比为20/1,二次负载不小于0.5 VA,10P10级别,这样既可以保障测量的精度准确,同时也可以保证电缆在故障、雷击和暂态过电压的情况下,不至于损坏监测装置设备。

自2015年10月选型更换电流互感器及监测装置处理至今,装置显示电流与实际运行实测电流一致,且监控系统能实时监控到高压电缆接地环流的大小。高压电缆正常运行时,装置未出现误报警、黑屏、卡屏或“0”显示等故障。针对故障较多的机组进行试验改造,改造后装置显示电流与改造前及实测电流数据统计见表3。

4 结 语

本文结合龙滩500 kV高压电缆接地系统的特点,依据理论公式对高压电缆的金属外护套电流进行理论计算,结合实际测量数据进行对比分析。根据实际情况进行重新选型改造,解决了初始安装所选的环流监测装置及电流互感器选型不当而导致高压电缆正常运行期间出现装置误报警、黑屏、卡屏或“0”显示、死机等装置故障难题,提高了设备的可靠性。同时有助于高压电缆运行状态监测及分析,保障了高压电缆的安全稳定运行。

综上所述,此次500 kV交联聚乙烯高压电缆接地环流在线监测装置故障的分析及处理方法可行,选型改造的装置运行正常为高压电缆接地环流在线监测的故障的分析及处理起到指导作用。

[1]陈创庭. 环流法监测XLPE电缆金属护套多点接地[J]. 高电压技术, 2002(1): 45- 46．

[2]王波, 罗进圣, 黄宏新, 等. 220 kV高压单芯电力电缆金属护套环流分析[J]. 高压技术, 2009, 45(5): 141- 145．

(责任编辑 王 琪)

Fault Analysis and Treatment of On-line Circulation Monitoring Device for the Outer Sheath of 500 kV High-voltage Cable

AO Furong

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The faults of on-line circulation monitoring device for the outer sheath of 500 kV XLPE insulated power cable in Longtan Hydropower Plant are summarized, the causes of faults are analyzed according to fault statistic and theoretical calculation, and finally the reasonable solutions are proposed. The analysis results play a guiding role to fault analysis and treatment of high-voltage cable grounding circulation on-line monitoring device．

500 kV high-voltage cable; circulation; on-line monitoring; fault analysis; Longtan Hydropower Plant

2016- 02- 16

敖富荣(1985—),男,云南曲靖人,助理工程师，技师,主要从事电气一次设备检修维护工作．

TM85

B

0559- 9342(2017)04- 0023- 03