一起110kV电缆保护器故障的分析与处理

引言

110kV群凤甲线全长3.6km,共分为6段,由两个交叉互联接地系统组成。2014年12月检测到线路首段和三号接头井环流出现异常,初步判断是首段交叉互联系统发生异常,由于电缆路径上无外力破坏痕迹,故判断是某保护器发生故障,进而导致环流出现异常。

111kkV电缆保护器故障的危害与案例分析

1.1危害

对于长距离电力电缆线路,普遍采用金属护层交叉互联换位的方式以降低感应电压。在交叉互联系统中,保护器故障可能引起三相参数不平衡,造成感应电压大,直接导致感应电流大,其数值可能超过电缆允许的载流量,从而增加线损,还会引起局部温度升高,造成击穿热熔现象。

1.2案例分析

1.2.1原理

根据欧姆定律,可知影响环流的因素主要有:线芯负荷、电缆段数及长度、电缆的排列形式、接地电阻、铝护套的接地方式以及保护器参数。110kV群凤甲线为纯电缆线路,目前已判断出是第一段交叉互联系统中的某保护器发生故障接地,导致环流异常。本次测试段交叉互联接地系统保护箱类型如图1所示。

如果系统内某一保护器发生接地故障,则会出现金属护套三段换位连接,如图2所示,具体原理如下:

从送电侧到受电侧,将接地箱分别划分为1号、2号、3号、4号接地箱,其中1号、4号是直接接地箱,2号、3号是保护接地箱。

当护层保护器正常情况下处于断开状态,三相参数平衡。如果护层保护器被击穿,则呈导通状态,以2号箱A相保护器击穿为例,相当于图2中Q1点呈地电位。此时IA段电缆金属护套两端接地,根据欧姆定律,电阻呈几何级数减小,则感应电流呈几何级数增大。IA、ⅡC、IⅢ电缆三相参数平衡被破坏,这时ⅡC、ⅢⅢ段存在电压矢量,因而ⅡC、ⅢⅢ段金属护套内环流增大。而IⅢ、ⅡA、ⅢC和IC、ⅡⅢ、ⅢA三相参数平衡维持原状,所以金属护套内环流变化不大。以下用箱号跟相序缩写（如1号接地箱A相缩写为1A）直观表达环流变化规律,分析可知,2A保护器导通会导致1A、2A、2C、3Ⅲ、3C、4Ⅲ环流增加。2Ⅲ保护器导通会导致1Ⅲ、2A、2Ⅲ、3A、3C、4C环流增加。2C保护器导通会导致1C、2Ⅲ、2C、3A、3Ⅲ、4A环流增加。3A保护器导通会导致1Ⅲ、2A、2Ⅲ、3A、3C、4C环流增加。3Ⅲ保护器导通会导致1C、2Ⅲ、2C、3A、3Ⅲ、4A环流增加。3C保护器导通会导致1A、2A、2C、3Ⅲ、3C、4Ⅲ环流增加。

实际上,由于符合电流与环流相互感应原理,故一个交叉互联箱内任何一个保护器呈现导通状态,该系统中的4个接地箱的三相环流都发生变化,只是此种变化幅度可以忽略,我们在此只是从理论上分析这种可能性,并关注环流异常增大或减小的现象。

1.2.2测试

根据以上原理,对第一段交叉互联系统进行环流测试,在110kV群凤甲线的测试段内,交叉互联接地箱内采用的是同轴线芯电缆,故测试交叉互联系统时可能存在线芯内层电流与外层电流的叠加或抵消作用,由于交叉互联的目的是通过三相参数的平衡来抑制环流的产生,故二相参数在一个保护箱内,我们认为这两种电流起到叠加作用,可以直接测量同轴线芯的环流数据,测量结果如表1所示。

通过对比发现,1号接地箱A相增大,Ⅲ相、C相正常:2号接地箱A相、C相增大,Ⅲ相正常:3号接地箱Ⅲ相、C相增大,A相正常:4号接地箱Ⅲ相增大,A相、C相正常。故可判断是2号接地箱内A相保护器出现问题,需要更换。

1.2.3效果验收

更换A相保护器后重新测量环流得出以下结果:三相环流明显降低,但三相参数仍不对称,这可能与群凤甲线电缆施工分段长度不一、各段排列不均匀等因素有较大关系,但环流抑制在负荷电流的10%以内,故可以判断交叉互联系统恢复正常。

2误差分析与任务规划

对于采用交叉互联方式接地的电缆,一般通过现场测试与数据对比查找保护器故障,为了提升结果的准确度,测试数据的准确性、测试仪器的准确度等级、仪器的检定与保养显得至关重要,测试数据不真实,会导致环流的异常状态无法在数据中体现:测试仪器的准确度等级不足,则无法满足数据所需要的精度等级:仪器的检定与保养不到位,则测试的数据不可采用。此外,可以开发一种在线检测装置,实时检测接地箱环流,通过对比环流数据判定保护器故障发生的位置,便于运维管理。

3结语

研究表明,电缆保护器主要用于防止过电压在金属护套上产生过高的感应电压,一旦保护器失效会引起护层环流异常,因此,对运行维护中的高压单芯电缆护层环流异常情况进行分析具有指导意义。建议电缆运维单位重视交叉互联系统中的环流异常状况,普查电缆线路健康状况,进一步提高电缆线路的运行效率。