某水电站高压单芯电缆发热问题的处理

李世太

（甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司，甘肃 永靖 731600）

0 引言

某电站安装5台单机容量为48 MW的灯泡贯流式水轮发电机组，机组中性点通过接地变接地。电站“发电机—变压器侧”采用两组（2#、3#机组和2#主变为一组，4#、5#机组和3#主变为一组）“两机一变”扩大单元接线及一组（1#机组和1#主变为一组）“一机一变”单元接线。发电机出口电压为13.8 kV，1#、2#主变为两卷变，高、低压侧电压等级分别为330 kV、13.8 kV；3#主变为三卷变，高、中、低压侧电压等级分别为330 kV、110 kV、13.8 kV。“330 kV侧”采用单母接线方式，“110 kV侧”采用“变压器-线路组”接线方式。电站330 kV出线1回，110 kV出线1回，共两级电压接入系统（见图1）。

图1 某电站主接线示意图

该电站发电机定子引出线采用铜排，经机组竖井引至竖井口， 在竖井口与12根（4根/相）高压单芯电缆连接，高压单芯电缆通过电缆桥架引至机组出口高压开关柜。电缆敷设路径为：机组竖井出口-电缆夹层-电缆竖井-电缆廊道-机组出线高压开关柜，电缆敷设长度约150 m，敷设高度差约25 m。高压单芯电缆为交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，型号为YJV-18/20 kV1×500。12根高压单芯电缆敷设在两层桥架上，每一层桥架上敷设6根。发电机及其出口高压单芯电缆主要参数分别见表1、表2。

表1 发电机基本参数

电站机组投入运行后初期，由于电缆温度过高，一旦机组负荷超过额定负荷的80%时经常报“定子单相接地故障”。本文对该故障的发生根源进行分析，并提出处理措施。

1 故障及分析

该电站在初期运行期间，2#机组报“定子单相接地故障”，电站运行人员检查发现2#机组段有焦糊味，马上紧急停机。该机组“定子单相接地故障”报警前后主要参数见表3。

表3 接地前后发电机主要参数

停机后电站安排检修人员检查2#机组顶、转子绕组绝缘正常，检查2#机组出口开关柜绝缘正常，检查2#机组保护装置及回路未见异常。检查2#机组出口高压单芯电缆，发现该机组A相有1根电缆在两处有不同程度的绝缘受损，一处在运行层电缆廊道转弯处，电缆绝缘层鼓包、破损，受损段电缆长约1.5 m；另一处在电缆夹层水平段，电缆绝缘层有鼓包，但没有破损，鼓包段电缆长约3 m，该机组出口其余11根电缆未见异常。

检查电站当时处于发电运行状态的1#机组出口高压单芯电缆，发现在电缆夹层水平段有1根电缆在长约3 m范围内绝缘层有轻微的鼓包，用远红外测温仪测量，鼓包处电缆温度最高为73℃（当时环境温度约8℃）；1#机组出口其余电缆各处未见异常，电缆外护套温度略高于环境温度。检查电站其它机组出口电缆未发现异常。

针对该电站机组出口高压单芯电缆绝缘受损这一问题，该电站组织相关技术人员现场检查分析，重点对2#机组出口电缆敷设及受损情况进行了全面检查，对受损电缆段取样进行检测分析。测量受损电缆段电缆线径、重量、直阻等基本参数符合要求，沿电缆敷设路径检查，发现电缆在桥架内敷设比较乱，局部存在交叉、三层排列的情况，另外该电站机组出口电缆为1Φ500，转弯半径大，由于电站廊道空间所限，转弯半径不够。结合现场检查情况综合分析，初步认为引起该电站1#、2#机组出口高压单芯电缆绝缘受损的主要原因是由于电缆敷设不够规范，运行时电缆局部长期过热，最终导致电缆在薄弱处鼓包甚至破裂。

根据文献[1]要求：“未呈品字形配置的单芯电力电缆，有两回线及以上配置的同一通路时，应计入相互影响。”两回线及以上配置的电力电缆并列敷设，由于电磁感应，会相互影响，电缆的阻抗增大，通流能力降低。随着电缆电流增加，影响会越来越大（在电缆桥架上无间距配置多层并列电缆时载流量的修正系数见表4）。

表4 在电缆桥架上无间距配置多层并列电缆时载流量的修正系数

结合现场电缆的在桥架内局部有三层敷设的情况以及桥架特点（桥架底部铺设有防火隔板），取修正系数0.5，根据表2、表4参数，该电站机组出口4根（每相）高压单芯电缆并列运行的载流量修正值估算为：875×0.5×4=1750A。

从表1看出该电站机组额定电流为2113.9A，修正后该电站机组出口电缆的载流量不能满足机组的额定电流要求。

该电站#2机组故障时的出力为34 MW，电流约1500A左右，从式(1）可以看出当时的电缆载流量应该能够满足机组负荷要求。因此分析认为2#机组出口高压单芯电缆在较大负荷（额定负荷附近）运行时，由于电缆局部存在交叉、三层敷设的情况，载流量降低，电缆长时间过负荷，超过电缆允许温度90℃没有及时发现并采取措施，2#机组报“单相接地故障”前该机组出口电缆绝缘已经受损，机组长时间运行，电缆持续温度较高，导致在该电缆绝缘薄弱点破裂，造成该机组单相接地。

2 处理方法

根据文献[2]要求：高压单芯电缆敷设“除了充油电缆和水底电缆外，单芯电缆的排列应尽可能组成紧贴的三角形”。

针对该电站1#、2#机组出口高压单芯电缆出现的问题以及现场分析结果，该电站组织对1#、2#机组损坏电缆予以更换，并按照紧贴的三角形方式敷设。新的敷设方式如下:12根电缆敷设在底部有防火隔板的双层桥架上，每层桥架敷设6根电缆，A、B、C相各2根电缆，6根电缆分2组，A、B、C相各 1根电缆组成一组，三叶形（品字形）排列，两组的间距尽可能最大，调整后电缆在桥架内没有交叉的情况，电缆敷设调整前后见图2。

图2 电缆敷设图

参照文献[3]的规定，单芯电缆多回路成组应校正，校正系数见表5。

表5 单芯电缆多回路成组校正系数

该电站机组出口高压单芯电缆有四回路，参照表5校正系数取0.80，重新排列后该电缆四根并列的载流量估算为：875×0.80×4=2800A。

从式（2）可以看出，重新敷设的电缆完全可以满足机组额定电流2113.9A的要求。

该电站2#机组电缆重新敷设后，该电站加强2#机组出口电缆温度的监测巡视，经过约3个月的密切跟踪监测，在机组不同负荷下，电缆温度均没有超过50℃，具体见表6。

表6 2#机组不通负荷下出口高压电缆温度

该电站通过2#机组出口高压单芯电缆绝缘受损问题的有效处理，后续择机对其他机组出口电缆进行了重新敷设，截止目前该电站5台机组电缆运行正常，在机组不同负荷下，机组出口电缆温度均未超过50℃。

3 结语

实践证明，高压单芯电缆有两回线及以上配置的同一通路时，在敷设时，最好采用紧贴的三叶形（品字行）排列，这样电缆的载流量受敷设方式的影响较小，否则应充分考虑敷设方式对电缆载流量的影响，该电站高压单芯电缆的敷设方式调整值得类似电缆敷设借鉴。