高压电缆回流线接地端子发热缺陷分析

陈 伟，吕立翔

(国网江苏省电力公司南京供电公司，江苏 南京 210019)

0 引言

回流线常用于高压电缆单点接地系统中，起着降低短路时铝护套上感应电压以及减小对弱电线路电磁干扰的作用。近年来，由于现场回流线敷设不规范等原因，回流线接地端子发热现象日益增多。以下对一起典型的高压电缆回流线接地端子发热缺陷进行分析，以供日后进行回流线的敷设、验收及消缺工作参考，减少发热缺陷发生次数。

1 设备概况

220 kV甲乙1号线、甲乙2号线为同塔架设2回路架空线-电缆混合线路，由甲变电站向乙变电站供电。其中，甲变电站到1号塔户外终端为电缆单点接地段，系统接线如图1所示。

图1 系统接线

某日，巡视人员在1号塔户外终端进行现场红外测温，测得220 kV甲乙1号线、甲乙2号线回流线接地端子最高温度分别为140.1 ℃，34.8 ℃，环境温度为32.3 ℃。参照DL/T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》，220 kV甲乙1号线回流线接地端子热点温度大于130 ℃，为危急缺陷。运维班组立即对该缺陷进行分析并消缺处理。

2 缺陷原因分析

回流线接地端子发热属于电流致热型发热。按照焦耳定律，正常运行时，回流线中流过的电流通过接地端子时将产生热能，其接触点温升理论计算公式为

式中：τ为接地端子温升，K；I为正常运行时回流线电流，A；Rj为接地端子接触电阻，Ω；L为劳伦茨常数；T为接触点的绝对温度，K。

由于L和T是常量，由式(1)可知回流线接地端子温升τ取决于回流线电流I和接地端子接触电阻Rj。

2.1 回流线电流的影响分析

经过检测，流过220 kV甲乙1号线、甲乙2号线的电量参数如表1所示。

表1 220 kV甲乙1号线、2号线电量参数 A

从表1可以看出，1号线回流线电流明显较大，这是导致该接地端子温度异常的原因之一。

对甲变电站至1号户外终端电缆通道进行了检查，发现甲乙1号线、甲乙2号线2回电缆现场布置如图2所示。2回线路同通道同侧支架敷设，其中1号线敷设在上层支架，2号线敷设在下层支架，2回路电缆均采用水平排列布置敷设。

图2 1号线、2号线现场布置

现场发现2回线路共用1条回流线，如图3所示。回流线在甲变内接在1号线接地端子上，然后沿着2号线(紧贴B相)的支架层一直敷设到1号电缆终端处，再分成2个回路：其中1个回路接至1号线终端处，另一回路接至2号线终端处。

图3 1号线、2号线回流线布置

回流线中的电流由2条线路共同感应叠加形成，整个回流线中的电流流向如图4所示。1号线由于在站内和户外终端均有直接接地点，因此其在回流线中感应出的电流可直接流通。2号线由于只在户外终端有直接接地点，在站内并无直接接地点，因此其感应出的电流只有通过1号线站内直接接地点再经过一段大地电阻才能流回到2号线。

现对回流线中电流进行计算分析：当电缆回路附近有一回流线P(非磁性导体)，它与三相电缆之间的距离用如图5所示关系表示。

则回流线上的感应电压可按下式计算：

图4 1号线、2号线回流线布置

图5 电缆及回流线位置

式中：ω为角频率，为314 rad/s；I为电缆中负荷电流，A；l为电缆长度，m。β为B相与回流线间距与A相与回流线间距的比值；γ为C相与回流线间距与A相与回流线间距的比值。

现场参数如图6所示。

图6 1号线、2号线现场布置参数

同时，由表1可知负荷电流为320 A，由图3可知电缆长度为120 m，因此可得：

1号线对回流线的感应电压为

2号线对回流线的感应电压为

回流线上的总电压为

现场测得1号线、2号线回流线回路总阻抗Z1，Z2分别为0.04 Ω和0.45 Ω，因此可得：

1号线回流线电流为

2号线回流线电流为

以上回流线电流计算结果与实测值相近。按照规范要求，高压电缆水平布置时，回流线应按“三七开”布置以减小回流线电流。而在本缺陷中，因2回路共用1条回流线，且现场未采取“三七开”布置，导致1号线回流线电流过大，而2号线回流线由于未直接接地导致电阻过大，造成电流较小。但是若发生短路，则2号线回流线由于回路阻抗大会增大电缆护层电压，大大降低了回流线的作用。

2.2 接触电阻的影响分析

正常情况下，回流线接地端子的接触电阻为几至十几μΩ，线路停电后，作业人员测得1号线回流线接地端子的接触电阻Rj为176 μΩ，而2号线回流线接地端子的接触电阻仅为7.3 μΩ。因此可断定1号线回流线接地端子接触电阻增大也是引起接地端子(见图6)发热的主要原因之一。接触电阻Rj一般由收缩电阻Rs和表面膜电阻Rb2部分组成，即：

式中：ρ为电阻率，Ω·m2；ε为与材料变性有关的系数；HB为材料的布氏硬度，N/mm2；n为接触点数目；F为接触面间压力，N。一般当导体材料固定时，收缩电阻Rs主要取决于n和F。

表面膜电阻Rb与表面氧化物性质有关，氧化腐蚀越严重，表面膜电阻越大。

图6 回流线接地端子

通过对接地端子的结构分析，得出其接触电阻Rj增大的主要原因有以下几项。

(1) 螺栓未拧紧。从图6中可以看出回流线端子与终端塔接地端子间由于螺栓未拧紧而存在间隙，远未达到所要求的拧紧力矩，导致了接触面之间接触点以及接触压力的减小，造成接触电阻增大。

(2) 螺栓锈蚀严重。从图6中可以发现紧固螺栓锈蚀严重，导致氧化膜电阻增大，从而造成接触电阻的增大。

(3) 接地端子温升。温升对接触电阻的影响如图7所示，接地端子接触电阻的增大会造成接地端子温度升高，一方面会造成螺栓电阻率增大，造成收缩电阻增大；另一方面，会加速接地端子的氧化腐蚀反应，使表面膜电阻进一步增大，从而导致接触电阻的进一步增大。若不及时进行消缺，则会产生恶性循环，使接地端子温度不断升高。

图7 温升对接触电阻的影响

3 消缺措施

作业人员准备了回流线、紧固螺栓等。重新敷设回流线，保证每一条回路有一条回流线，不再共用，并且严格按照规范要求在三相电缆之间按“三七开”布置并两端正确接地。同时对原先的回流线端子、终端塔端子表面进行打磨、清洗处理，并涂电力复合脂，再重新连接组成新的接地端子。

消缺完成后，测得接地端子接触电阻以及回流线中电流如表2所示，均符合要求。

表2 220 kV甲乙1号线、2号线复测参数

线路投运后跟踪红外测温，未发现任何问题，并编制了《高压电缆回流线接地端子消缺标准化作业指导书、卡》。

4 结束语

通过此次高压电缆回流线接地端子发热缺陷分析并进行消缺处理，得出以下几个结论。

(1) 由于2条水平排列敷设的线路共用1条回流线，且未按照“三七开”布置，导致1号线回流线电流过大。由于2号线回流线未直接接地，导致电阻过大，造成线路电流较小；但是若发生短路，则由于2号线回流线回路阻抗大，会增大电缆护层电压，降低回流线的作用。

(2) 由于接地端子的螺栓未拧紧且腐蚀严重，导致接触电阻增大。

(3) 在高压电缆运维中应加强带电检测，以便及时发现并消除设备上存在的缺陷、隐患。