电力电缆接地系统缺陷引起环流异常的分析

任智

摘 要： 在城市电网建设中，与架空线路相比，电力电缆线路具有占地面积小、供电可靠性高、操作维护简单等优点，得到了越来越广泛的应用。110kV及以上电压等级的高压电缆多采用单芯电缆结构。在线路的正常运行中，通过铁心的交流电流会产生交变磁场，并在电缆的金属护套上产生感应电压。为了降低金属护套的感应电压，保护外护套的绝缘，单芯电缆的金属护套应选择合适的接地系统。如果金属护套接地方式错误，金属护套会产生较大的环流损耗，引起电缆发热，降低电缆载流能力，长期运行会加速电缆绝缘老化，降低电缆使用寿命，甚至导致弱绝缘击穿。

关键词： 电力电缆;接地系统;环流异常;措施

【中图分类号】TM75     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.164

1 电缆线路情况

1.1 线路运行情况

某220kV高压电缆线路于2011年9月投入运行，为纯电缆线路，电缆型号YJLW03-127/220kV-1×1200mm2，全长6.77km，包括2个GIS终端和11个中间接头，接地系统采用交叉互联的换位方式。

该线路在2019年1月和4月连续发生2次击穿故障，分别是在10—11号接头间的B相电缆本体和9—10号接头间的A相电缆本体。由于电缆本体连续故障非常少见，故障原因不明，研究决定将9号接头至G变电站之间发生过故障的A相电缆进行更换，将替换下来的电缆返厂进行耐压试验和解剖，以进一步查找故障原因。

1.2 电缆更换前接地环流情况

在停电更换电缆前，运行人员对全线进行了一次护层接地环流测量，当时负荷电流为110.2A。测量结果未发现异常。可以看到，9号箱至G变电站GIS终端之间是一个完整的交叉互联段，三相单芯电缆金属护层经同轴电缆、交叉互联箱进行交叉换位连接。在正确换位的情况下，交叉互联方式可以将金属护层环流限制在较低水平。

1.3 电缆更换后接地环流情况

在完成A相电缆更换和接头制作，线路送电后，运行人员再次对此线路进行了接地环流测量，发现9号箱至G变电站之间数据异常，当时线路负荷电流为108.6A。

从测量结果看，单相接地电流最大值与最小值之比为87A/4.3A=20.23，且接地电流与负荷电流比值为96.1A/108.6A=88.49%。按照Q/GDW1512—2014《电力电缆及通道运维规程》和Q/GDW11223—2014《高压电缆状态检测技术规范》规定，单相接地电流最大值与最小值的比值超过5，或接地电流与负荷比值超过50%时，判定为缺陷，应停电检查处理。

2 缺陷原因分析

2.1 接地系统模型分析

为分析缺陷产生的原因，将9号箱至G变电站GIS终端之间接地系统的正确交叉互联接线模型，并标注环流检测数据。由于线路送电前，外护套绝缘已测试合格，且10号和11号接地箱内交叉互联接线方式统一，与更换电缆之前完全相同，所以A相接头处的接地线连接错误可能性最大。结合环流异常线段分布情况，初步判断9—11號接地箱的A相接地同轴电缆的线芯、屏蔽方向接反。

由于9号和10号箱之间A、C两相护层两端短接，10和11号箱之间A、B两相护层两端短接，分别并联构成了低阻回路，从而导致内部环流异常升高，最高达到96.1A;而其他线段依次串联，并与大地形成回路，虽然也出现接线错误，但回路电阻较大，环流只比正常接线情况下略微增大，最高8.3A。

2.2 现场实际验证

对上文分析进行验证，在未对设备停电处理前，采用带电选线仪在现场进行带电确认。分别在10号箱C相连接铜排、11号箱A相连接铜排上通过耦合方式输入信号，然后在9号接地箱至G变电站GIS终端之间的各段电缆本体上接收信号。

在10号至11号接地箱之间的电缆本体上无接收信号。证明9—11号接地箱A相同轴接地电缆接反的判断是正确的。

线路停电后，工作人员对9号箱至G变电站GIS终端之间的整个交叉互联接地系统进行了相位核对，确认了A相接地同轴电缆接反的推断是完全正确的。

2.3 原因分析及故障处理

通过理论分析和现场验证，得出220kv电缆线路接地环流异常是由同轴电缆芯线与a相接头屏蔽层反接引起的。

接地同轴电缆的芯线和屏蔽层应在接头两端与高压电缆的屏蔽层连接。全线所有接头必须保持同一方向。如果其中一个方向相反，则交叉互联系统的接线错误会导致接地环流异常。

在这种情况下，附件厂家人员在中间接头制作过程中的方向判断，导致接地同轴电缆芯线与a相、B相、C相的屏蔽接线方向不一致，且施工仅涉及更换a相电缆，因此，施工人员在检修完成a相电缆绝缘电阻测试后，未对整个接地系统进行相位检查，导致送电前未能发现施工误差。

最后，重新布线同轴电缆并恢复正确的交叉连接模式。线路检修结束后，再次测量接地环流，数据恢复正常。

结论：高压电缆金属护套的环流能客观反映金属护套接地系统的运行状况。由于外护套损坏和同轴电缆接线错误，经常会产生过大的环流。当环流超过负荷电流的80%时，应考虑是否由接地系统接线错误引起。在此情况下，通过建立接地系统模型，对护套环流电流值进行了分析推导，找出了可能产生缺陷的原因，并利用带电鉴相器进行了带电验证，为下一步制定停电处理方案提供了依据。

附件安装过程中，必须明确同轴电缆芯线和屏蔽方向，并做好相应标记，避免反向连接。线路投运前，应按交接试验程序对整个接地系统进行认真检查。一是注意外护套绝缘电阻是否合格;二是逐段检查接地系统，特别是交叉互联系统的连接方式。系统接地应在及时检查系统接地后进行验证。

参考文献

[1] 李宏峰.高压电缆接地系统带电检修仪的应用[J].中国电力企业管理，2019（15）：91-92.

[2] 李轲.高压电力电缆接地线电流超标原因分析及处理[J].科技风，2019（11）：189.

[3] 郭宇佳.电力电缆接地线与电流互感器位置分析[J].四川水利，2019，38（06）：35-37.