35 kV單芯電纜交叉互聯(lián)改造分析

謝國良

(湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，湖南湘潭 411101)

35 kV單芯電纜交叉互聯(lián)改造分析

謝國良

(湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，湖南湘潭 411101)

由于35 kV單芯電纜屏蔽存在單點(diǎn)或多點(diǎn)接地，在運(yùn)行過程中屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓，屏蔽層形成環(huán)流，使電纜發(fā)熱，加速老化，甚至形成很高的感應(yīng)電壓，擊穿電纜外護(hù)套。針對(duì)這種現(xiàn)象，對(duì)35 kV長距離單芯電纜屏蔽實(shí)施交叉互聯(lián)，有效降低感應(yīng)電壓，保證電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

感應(yīng)電壓；環(huán)流；交叉互聯(lián)

1 前言

目前，湘鋼35 kV單芯電纜是供電的主要方式，特別是長距離輸送電。而在35 kV長距離單芯電纜輸送電過程中，由于隧道內(nèi)電纜無規(guī)則擺放，在電纜屏蔽層上感應(yīng)出超出安全電壓的過電壓，影響電纜的正常運(yùn)行。因此，為了有效降低感應(yīng)過電壓，湘鋼35 kV超過1500 m的單芯電纜采用交叉互聯(lián)方式，保證運(yùn)行電纜的安全運(yùn)行。

2 35 kV單芯電纜交叉互聯(lián)改造實(shí)施

2.1 電纜屏蔽層接地方式

通常三芯電纜（一般為35 kV及以下電壓等級(jí)電纜）都采用兩端接地方式，因?yàn)樵陔娎|運(yùn)行中，流過三個(gè)線芯的電流總和為零，在電纜金屬屏蔽層基本沒有感應(yīng)電壓。而單芯電纜（一般為35 kV及以上電壓等級(jí)電纜）一般不能采取兩端直接接地方式。原因是：當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時(shí)金屬屏蔽層會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電纜的兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的高低與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，當(dāng)電纜線路發(fā)生短路故障、遭受雷電沖擊或操作過電壓時(shí)，屏蔽層上會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿電纜外護(hù)套，嚴(yán)重者造成電纜單相接地事故甚至短路“放炮”事故。單芯電纜兩端直接接地，電纜的金屬屏蔽層還可能產(chǎn)生環(huán)流，而單芯電纜兩端接地產(chǎn)生的環(huán)流甚至可達(dá)到電纜線芯正常輸送電流的30%～80%，這既降低了電纜的載流量、又浪費(fèi)電能形成損耗，并加速了電纜絕緣老化。因此單芯電纜不應(yīng)兩端接地，高壓單芯電纜線路安裝時(shí)，應(yīng)該按照《電力工程電纜規(guī)程》的要求采取特殊的接地方式，為提高電纜的輸送容量和防止電纜外護(hù)層被擊穿。經(jīng)我廠與長沙電纜附件廠技術(shù)交流，了解到單芯長距離電纜的交叉互聯(lián)技術(shù)是一種有效的解決方案。

2.2 交叉互聯(lián)原理

交叉互聯(lián)的原理為：將每大段電纜分為長度相等的三小段或三的倍數(shù)段，每段之間裝絕緣接頭，接頭處護(hù)層三相之間用同軸電纜引線經(jīng)交叉互聯(lián)箱及保護(hù)器進(jìn)行換位相連。使各大段上的電壓輻值相等，相位相差120°，總感應(yīng)電壓相量和0，不產(chǎn)生環(huán)流或環(huán)流很小。

通常將三段長度相等或基本相等的電纜組成一個(gè)換位段，其中有兩套絕緣接頭，每套絕緣接頭兩側(cè)的不同相的金屬屏蔽層采用交叉換位法相互連接，如圖1所示。

圖1 交叉換位互聯(lián)原理接線

金屬護(hù)套交叉互聯(lián)的方法是：將U相右側(cè)金屬護(hù)套接到V相左側(cè);將V相右側(cè)金屬護(hù)套接到W相左側(cè);將W相右側(cè)金屬護(hù)套接到U相左側(cè)。

3 交叉互聯(lián)改造方案

3.1 實(shí)施交叉互聯(lián)方案的前提條件

為了滿足交叉互聯(lián)的需要，電纜金屬屏蔽層必須具有一定的絕緣性能，即改造前金屬屏蔽層不能存在接地情況。如果存在多點(diǎn)接地，接地點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，使得交叉互聯(lián)的分段電纜屏蔽層電壓降不能平衡，最終改造效果會(huì)大打折扣。經(jīng)前期監(jiān)測，目前三中央送電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)站的電纜三相都存在多點(diǎn)接地情況，那么要對(duì)該回路電纜進(jìn)行改造，必須先著手處理多點(diǎn)接地狀況。在湘鋼對(duì)屏蔽接地故障的處理辦法是采用脈沖法，先通過定位屏蔽層的接地點(diǎn)，再將其進(jìn)行包扎墊膠皮做絕緣處理。

3.2 交叉互聯(lián)系統(tǒng)的主要組成

3.2.1 交叉互聯(lián)箱

圖2 交叉互聯(lián)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)和連接方式

護(hù)層保護(hù)器：在金屬屏蔽層實(shí)行單端接地的非接地端，或金屬屏蔽交叉互聯(lián)處，為了限制在系統(tǒng)暫態(tài)過程中金屬屏蔽層的電壓，需裝設(shè)護(hù)層保護(hù)器。目前湘鋼一般采用殘壓較低、工頻耐壓強(qiáng)度較高的非線性材料制成的氧化鋅閥片電纜護(hù)層保護(hù)器。

同軸電纜：為了降低護(hù)層保護(hù)器引線的阻抗和過電壓時(shí)的壓降，護(hù)套交叉互聯(lián)應(yīng)采用同軸電纜作為引線，且長度越短越好(應(yīng)不超過12 m)，在整條電纜線路上，同軸電纜引線的內(nèi)、外芯的接法必須一致，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生系統(tǒng)接地故障時(shí)，同軸電纜要通過接地電流。湘鋼三中央送電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)站電纜線徑為240 mm2，采用內(nèi)、外芯為50 mm2的同軸電纜，可以滿足接地故障時(shí)的熱穩(wěn)定要求。

3.2.2 不斷線芯絕緣接頭

不斷線芯絕緣接頭是一種在不斷開單芯電纜線芯導(dǎo)體及絕緣下，斷開電纜絕緣屏蔽的一種接頭型式。其兩端屏蔽通過帶材繞包絕緣；屏蔽斷口繞包應(yīng)力帶材解決應(yīng)力控制問題；采用防水膠帶及鎧裝帶恢復(fù)電纜防護(hù)性能。

4 交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗(yàn)方法和要求

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》第11章對(duì)電力電纜的交叉互聯(lián)系統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)定如下：

交叉互聯(lián)系統(tǒng)除進(jìn)行下列定期試驗(yàn)外，如在交叉互聯(lián)大段內(nèi)發(fā)生故障，則也應(yīng)對(duì)該大段進(jìn)行試驗(yàn)。如交叉互聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)直接接地的接頭發(fā)生故障時(shí)，則與該接頭連接的相鄰兩個(gè)大段都應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。

其次，通過摸索，對(duì)湘鋼交叉互聯(lián)系統(tǒng)的試驗(yàn)做如下規(guī)定：

4.1 電纜外護(hù)套、絕緣接頭外護(hù)套與絕緣夾板的直流耐壓試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)必須將護(hù)層過電壓保護(hù)器斷開。在互聯(lián)箱中將另一側(cè)的三段電纜金屬套都接地，使絕緣接頭的絕緣夾板也能結(jié)合在一起試驗(yàn)，然后在每段電纜金屬屏蔽與地之間施加直流電壓5 kV，加壓時(shí)間1 min，不應(yīng)擊穿。

4.2 氧化鋅閥片電纜護(hù)層保護(hù)器的試驗(yàn)

（1）氧化鋅電阻片：對(duì)電阻片施加直流參考電流后測量其壓降，即直流參考電壓，其值應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)。

（2）非線性電阻片及其引線的對(duì)地絕緣電阻：將非線性電阻片的全部引線并聯(lián)在一起與接地的外殼絕緣后，用1000 V兆歐計(jì)測量引線與外殼之間的絕緣電阻，其值不應(yīng)小于10 MΩ。

4.3 互聯(lián)箱

（1）接觸電阻：本試驗(yàn)在作完護(hù)層過電壓保護(hù)器的上述試驗(yàn)后進(jìn)行。將連接片恢復(fù)到正常工作位置后，用雙臂電橋測量連接片的接觸電阻，其值不應(yīng)大于20μΩ。

（2）連接片連接位置：本試驗(yàn)在以上交叉互聯(lián)系統(tǒng)的試驗(yàn)合格后密封互聯(lián)箱之前進(jìn)行。連接位置應(yīng)正確。如發(fā)現(xiàn)連接錯(cuò)誤而重新連接后，則必須重測連接片的接觸電阻。

5 實(shí)施交叉互聯(lián)改造案例分析

2013年10月份，湘鋼動(dòng)力廠對(duì)三中央送電動(dòng)風(fēng)機(jī)電纜實(shí)施了交叉互聯(lián)，在電纜隧道通風(fēng)井39#門和24#門處將該電纜分段，現(xiàn)將改造前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比如下：

5.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

5.1.1 改造前

表1 電纜帶負(fù)荷時(shí)金屬屏蔽層環(huán)流、感應(yīng)電壓測試值

從表1實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出，如果電纜金屬屏蔽層絕緣良好的話，理論上環(huán)流為0（三中央送電動(dòng)風(fēng)機(jī)電纜為一端接地，一端經(jīng)護(hù)層保護(hù)器接地），但由于屏蔽層存在多點(diǎn)接地情況，導(dǎo)致三中央側(cè)仍存在接地環(huán)流。由于線路較長（2230 m左右），感應(yīng)電壓測量將近160 V。

5.1.2 改造后

表2 39#門處電纜帶負(fù)荷時(shí)金屬屏蔽層環(huán)流、感應(yīng)電壓測試值

從表2實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過交叉互聯(lián)改造后，感應(yīng)電壓分段降低，電纜隧道通風(fēng)井39#門處屏蔽層的感應(yīng)電壓得到了明顯降低，基本穩(wěn)定在30 V左右。但由于銅屏蔽層的接地狀況未完全消除，同時(shí)電纜屏蔽層未做到嚴(yán)格三等分段，所以仍然存在接地環(huán)流情況。

表3 24#門處電纜帶負(fù)荷時(shí)金屬屏蔽層環(huán)流、感應(yīng)電壓測試值

從表3實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過交叉互聯(lián)改造后，電纜隧道通風(fēng)井24#門屏蔽層的感應(yīng)電壓得到了明顯降低，基本穩(wěn)定在30 V左右。但由于銅屏蔽層的接地狀況未完全消除，同時(shí)電纜屏蔽層未做到嚴(yán)格三等分段，所以仍然存在接地環(huán)流情況。

5.2 改造效果評(píng)估

由圖3可見，交叉互聯(lián)改造后，電纜銅屏蔽層的兩端直接接地，對(duì)地電壓為0；同時(shí)，根據(jù)感應(yīng)電壓的大小與電纜長度成正比的原理，繪制整個(gè)電纜銅屏蔽層換相連接后電纜長度與感應(yīng)電壓的分布圖。對(duì)照?qǐng)D3可看出，當(dāng)我們采取交叉互聯(lián)措施后，金屬屏蔽層任一點(diǎn)的感應(yīng)電壓已低于100 V，電纜屏蔽層感應(yīng)電壓滿足GB50217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，即單芯電纜線路的金屬護(hù)套只有一點(diǎn)接地時(shí)，金屬護(hù)套任一點(diǎn)的感應(yīng)電壓不應(yīng)超過50～100 V（未采取不能任意接觸金屬護(hù)套的安全措施時(shí)不大于50 V；如采取了有效措施時(shí)，不得大于100 V），并對(duì)地絕緣，且效果良好。

圖3 電纜銅屏蔽層換相連接時(shí)沿電纜長度對(duì)地電壓分布圖

6 結(jié)語

通過以上數(shù)據(jù)分析，表明在公司35 kV超1500 m長距離單芯電纜供電的開路中，當(dāng)采取交叉互聯(lián)措施后，能有效地降低電纜屏蔽層的感應(yīng)電壓，進(jìn)而能有效延長電纜使用壽命，達(dá)到降低故障率的目的。

A Study on Cross Connection of 35 kV Single-core Cables

XIE Guoliang
(The Power Plant of Valin Xiangtan Iron and Steel Co.,Ltd.,Xiangtan,Hunan 411101,China)

Due to single-point and multi-point grounding of the shield of the 35 kV single-core cable,induced voltage is generated and convective current formed in the shielding layer,which heats the cable,accelerates aging of the cable and even forms high induced voltage to breakdown the outer sheath of the cable.To solve this problem,the shielding of long-distance 35 kV single-core cable was cross connected,effectively reducing induced voltage and ensuring safe and stable operation of the cables.

induced voltage;convective current;cross connection

TM 247

B

1006-6764(2014)03-0010-03

2013－01－02

謝國良（1982－），男，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)從事電氣自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)工作。