CT端子箱电缆发热故障危害及预防措施

李 璐,何 钦

(国网湖北省电力有限公司超高压公司,武汉 430064)

0 引言

夏季是我国用电高峰季节,随着气温的升高,电网的用电负荷也逐渐攀升,随之而来的是电力设备的负载电流增加。设备高负荷运转时间长,温度升高将会导致故障率急剧升高,需严控各种设备的检查,为电网的安全稳定运行提供重要保障[1-2]。

在设备温控检查过程中时常发现电缆存在发热现象,如果不及时排除故障,会导致电缆长期运行时绝缘电阻下降,寿命减少,严重时甚至出现因相间短路造成跳闸,故必须对电缆线路的发热原因进行分析,加以解决[3]。以某变电站35 kV低压测CT端子箱中的电缆接头发热现象为例,介绍了该端子箱内电缆接头发热现象的具体表现,分析原因,提出相应的解决方案,获得了满意的解决效果,由此提出相应的合理化建议,减少发热缺陷发生次数,这对电网的安全稳定运行具有一定的作用[4]。

1 理论分析

电缆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,电缆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[5-6]:

(1)

式中,τ为接地端子温升,I为正常运行时电缆电流,Rj为接地端子接触电阻,L为劳伦茨常数,T为接触点的绝对温度。由于L和T是常量,由式(1)可知,电缆接地端子温升τ取决于电缆电流I与接地端子接触电阻Rj。

毕奥-萨伐尔定律给出了通电导线产生的磁场大小计算方法,磁场强度B与导线上的电流I成正比,在带电水平导线的每一小段的磁场强度计算公式为[7-8]:

(2)

式中,常量C=μ0/4π=10-7。

电缆设备感应电的电流关系表达式:

(3)

式中,r为曲面导线的总电阻;S为曲面。

电缆线发热是正常工作过程中不可避免的,但过高的温度会对电线电缆产生非常大的危害,导致电线熔断、短路等情况,故正确了解电线电缆发热情况、把握合适的温度范围,对于确保线路安全稳定至关重要。

电缆线的发热在安全范围内是正常现象。在正常条件下,电缆线的温度在20 ℃～30 ℃。在高温环境或负载功率过大时,电缆线会增加发热温度。对于一般家庭或办公环境中的电缆线,其发热温度应控制在50 ℃以下,当电缆线温度超过70 ℃或更高时,需引起注意,及时检查原因并给予必要的维护。

当电缆线温度超过正常值时,可能会出现线路老化、绝缘损坏,甚至可能引起火灾等危险情况。需采取一定的预防措施,监测电缆发热情况。常见的监测方法是使用红外线热成像仪对电缆线发热情况进行监测分析,以便及时发现潜在的问题并提前进行处理。

对于电力用途等一些环境要求较高的场景,需采取一些专业的措施来确保电线电缆发热在正常范围内,如使用高质量的电缆线、保证线路正常运行、严格按照安全规定使用等。准确了解电缆线发热的正常温度范围并采取合适的措施维护电缆线的状态有助于保障电路的安全及稳定运行。

2 CT端子箱电缆发热故障分析

某变电站运行人员进行红外测温时发现,35 kV某低压侧CT端子箱内电缆接头发热至133 ℃,电缆屏蔽地线与箱内二次铜排连接处发热至77 ℃,端子箱二次接地铜线上的电流为38.9 A。

断开该开关后,检查发现发热电缆为1-1 L电抗器保护CT电缆,电缆接头处外皮有烧融痕迹,保护屏侧电缆接头处无发热。如图1所示。

检修人员到达现场对发热电缆进行检查发现,电缆屏蔽地线在二次铜排的连接处有断股现象,导致此处电阻增大而发热。对烧融的电缆外皮进行清理后发现,屏蔽地线为焊接在电缆铠层上,而屏蔽层铜箔及铜丝未连接地线。

现场对一、二次接地情况进行检查,端子箱内二次铜排由绝缘支柱固定在箱体上,经一根截面积为100 mm2的接地线接至电缆沟内二次铜排上,沟内二次铜排与一次构架及地网之间均为焊接连接,端子箱体焊接在CT支柱上,分别经接地扁铁连接至主地网,连接情况如图2所示。

图2 端子箱接地示意Fig.2 Terminal box grounding diagram

该站电抗器为三相干式电抗器,正常运行时空间中磁场较大,在地网与箱体接地扁铁构成的环路中会产生感应电流,如图2中回路1所示,投入相邻正常的1-2 L电抗器后,测量箱体的接地扁铁上流过电流为13 A,端子箱接地线上电流基本为零,说明正常情况下,箱体由于电磁感应会产生感应电势,与主地网之间存在电势差,其所引起的感应电流应通过接地扁铁流入主地网,不应流经二次接地线。

对发热电缆的发热点进行分析,在对受损电缆接地端烧融外皮进行清理后发现,屏蔽地线与电缆铠层焊接处凸起较高,外侧仅有一层红色热缩套管保护,而接头处又用扎带绑接在箱体构架上,如图1所示。在长期运行过程中,凸起处持续磨损热缩套管导致其破损,与箱体(即一次地)导通,从而形成经过二次铜排、接地线及铠层的感应电流环路,如图2中回路2所示,由于焊接处与箱体未完全短接(热缩管未完全磨破),回路中此处电阻最大,导致感应电流在电缆屏蔽地线与铠层连接处发热,电缆外皮烧融。

3 CT端子箱电缆发热故障处理

在清理受损电缆外皮并检查内层绝缘正常后,将屏蔽地线改接至屏蔽层铜丝上,相当于断开回路2,在端子箱内增加一根地线,将箱体与二次铜排短接,如图3所示。此时,由于一次接地与二次接地在箱体内与电缆沟内同时存在两个连接点,从而形成了新的感应电流回路3,导致电抗器投入后,在新增的连接地线及端子箱接地线上流过70 A的感应电流,而电缆的屏蔽地线上均没有电流流过。

图3 增加连接地线Fig.3 Adding connecting ground wire

为避免运行时在接地线上长期流过大电流导致产生新的发热点,需要消除因新增连接地线而形成的回路3。去掉新增连接地线后投入电抗器,此时感应电流通道为回路4,如图4所示。室外气温为38.6 ℃,CT端子箱温度为42.0 ℃,故障处理后端子箱接地线与接地扁铁的电流及温度记录如表1所示,测量箱体接地扁铁电流为1.5 A左右,端子箱接地线上电流基本为零。端子箱内最高温度在45 ℃左右,无新增发热点,故障消除。

表1 故障处理后端子箱接地线和接地扁铁的电流及温度记录Tab.1 Current and temperature records of terminal box grounding wire and grounding flat iron after fault treatment

图4 去掉连接地线Fig.4 Removal of the connecting ground wire

投运后每隔一段时间对端子箱内的接地线和电缆的电流及温度进行记录,端子箱接地线的电流始终保持在较低水平,约为0.57 A,电缆接地线接头处温度基本保持稳定,约为45 ℃左右,端子箱内的各根电缆线屏蔽地线均无电流。接地扁铁的电流保持在一个较小的数值上,无新增发热点,故障消除。

4 结束语

通过对该起缺陷原因进行分析及处理提出以下建议:在新建工程、改造工程中,严格按照电缆接线标准施工,注意施工工艺,尤其要注意电缆接地规范,保障电缆运行过程中不会因虚接、松动、磨损、接地不良等原因发生故障。加强对施工人员的技术培训,进一步提高施工人员素质,加强现场施工质量管理。运行中加强红外测温及巡视,如发现局部温度异常或异常震动声响,应引起高度关注。加强对电缆的定期维护,为防止接地端子生锈、松脱造成接地电阻过大、导致接地端子发热、扩大故障范围,定期对站内生锈螺母进行更换,对松脱等进行紧固。