110kv波纹铝护套电缆屏蔽层接地探讨

1 线路基本情况

某公司110 kV电厂V线是#1发电机组的并网线路,2014年12月17日建成后投运,路径是从110 kV西分站通过外网桥架到#1发电机组升压站,全长1529m,采用截面积800 mm2单芯铜电缆,金属外护套为波纹管铝护套。由于不是一批次成型电缆,因此不是三等分,而是分为5段,1段在110 kV西分站侧,5段在#1发电机组开关站侧。5段长度及接地方式如图1所示(接地箱处为实测接地电流)[1]。

1段、2段、3段为一组交叉互联接地,4段、5段为各自单独接地。在实际运行过程中,负荷为#1发电机组发电负荷,负荷较平稳,带载为125 MW。1箱、4箱为直接接地箱,电流很大,检测各接地箱电流为:

1箱的电流分别为A:125A;B:88.9A;C:118.3A;E:29.6 A。

4箱的电流分别为A:126 A;B:122 A;C:91A;E:32 A。

各段长度:1段197 m,2段334 m,3段366 m,4段293 m,5段339 m。

各段的对地回路连接方式:

1)地—1段A相—2段C相—3段B相—地;

2)地—1段B相—2段A相—3段C相—地;

3)地—1段C相—2段B相—3段A相—地。

电缆感应电压与电缆的长度和载流量有关,由于1段、2段、3段电缆长度不均等,1段与3段相差169 m,1段与2段相差137 m,2段与3段相差32 m,造成A、B、C三相的感应电压合成后的零序电压不为零。三段长度相差较大,造成接地电流较大。

实际感应电压与电缆的长度和载流大小成正比,此电缆的负荷较稳定,电流认为是稳定的,感应电压的大小只与电缆的长度有关。根据电缆长度的比例,作出感应电压和回路电流相量图如图2、图3所示。

三相电压合成的零序电压,通过大地形成回路,感应电流就在这个回路中流通。零序电流形成的回路主要是电缆护套电阻及大地电阻,因此形成的回路电流近似认为是电阻回路,电压方向与电流方向相同。

2分析差别大的可能原因

1)4段、5段由于为单段的接地方式,接地电流很小,为正常状态,不再分析。下面分析1段、2段、3段交叉互联方式,接地电流较大,重点分析。通过接地电流的流通回路分析可知,若2段、3段之间的B相同轴电缆的方向接反,1箱的A相与C相是同一回路,电流相同;4箱的A相与B相是同一回路,电流相同,理论上分析与实际表象相同,如图4所示。需要对2段、3段之间的交叉互联箱的B相同轴电缆接线方式重点核对,进一步确认接线是否正确。

2)由于1段、2段、3段的线路长度不同,且最大相差169 m,因此需将交叉互联的各段电缆的长度调整为相同,这样三段的合成零序电压才能达到最小。

3解决方法

根据GB 50217—2018《电力工程电缆设计标准》[2]要求:

1)若问题是2段、3段交叉互联箱B相接反造成的,调整B相接头即可。调整后测得2段、3段连接的三相电流分别为83.6、82.5、85.7 A,C相的电流是正确接线下的电流,但其值仍达到了85.7 A,数值较大。当调整B相接地后,推理可知三相的接地电流应在85 A左右,再次分析三相电流大的原因是交叉互联的三段长度不均等,造成感应电流合成后仍不平衡,有较大电流。

2)原因1)排除,仅是由电缆长度不均等造成的接地电流较大,有下列两种解决方法:

(1)电缆的中间头已经制作完成,若1段、2段、3段截成完全的三等分,又会增加小部分的段,破坏电缆护层,带来新的问题,权宜之计是将1段做成单独接地段,2段、3段、4段长度差别相比之下较小,做成交叉互联接地方式,这样就形成了1段、5段单独接地,2段、3段、4段交叉互联接地方式,如图5所示。不过由于交叉互联三段仍然不均等,也会出现一定的接地电流,但与目前相比电流应该小很多。

(2)若想从根本上降低接地电流,不破坏电缆外护套且工作量最小,最佳的方式是各段都成为单独的接地段,接线方式为1段与2段单独接地,3段与4段单独接地,5段单独接地,这样就避免了运行感应电流

形成回路,导致电缆绝缘被烧坏[3]。接线如图6所示。

4 改造后效果

对比上述两种方式都可作为改造措施,为将接地电流控制在最小,采用改造方式(2)。实际改造后接地电流明显减小,用钳形电流表测量各段护套接地电流数值如下:

1箱保护接地电流分别为A:0.4A;B:0.4A;C:0.5 A。

2箱直接接地电流分别为A:1.4A;B:1.2A;C:1.2 A。

3箱保护接地电流分别为A:0.8A;B:0.6A;C:0.7 A。

4箱保护接地电流分别为A:0.4A;B:0.4A;C:0.5 A。

5箱直接接地电流分别为A:1.4A;B:1.4A;C:1.2 A。

6箱保护接地电流分别为A:0.7A;B:0.6A;C:0.6 A。

7箱直接接地电流分别为A:1.4A;B:1.4A;C:1.4 A。

8箱保护接地电流分别为A:0.4A;B:0.6A;C:0.5 A。

5结论

为保证高压单芯电缆的安全运行,防止出现过电压损伤电缆绝缘,110 kv高压单芯电缆外护套需要有效接地。分析本案的实际情况可知,对高压单芯电缆不等长度的交叉互联的接地方式,实际运行效果并不理想,容易损伤外护套绝缘,改造成一端接地一端保护接地后,环流大大降低,实际效果明显,保证了设备的安全稳定运行。

[参考文献]

[1]王春坡,周凯,孟鹏飞,等.基于金属护层环流的高压电缆外护套绝缘电阻在线监测方法[J].绝缘材料,2024,57(7):112-120.

[2] 电力工程电缆设计标准:GB 50217—2018[S].

[3]刘哲,董飞飞,龙治华.高压电力电缆护套烧蚀原因分析及解决方法[J].电线电缆,2025,68(4):68-72.

《机电信息》2025年第19期第20篇