株樹橋水電站機組出線電纜過熱問題探討

（瀏陽市株樹橋水庫管理局長沙市410300）

株樹橋水電站機組出線電纜過熱問題探討

何遇雨

（瀏陽市株樹橋水庫管理局長沙市410300）

發(fā)電機組出線電纜。多根并聯(lián)連接，在安裝制作電纜頭時制作不規(guī)范，形成環(huán)流，引起電纜電流不平衡，導(dǎo)致電纜異常發(fā)熱，重新制作電纜頭，可消除發(fā)熱現(xiàn)象。

株樹橋電站電纜過熱問題排查

1 問題的出現(xiàn)

電站改造后，機組出線母線由原來的鋁母線更改為單芯電纜，改造運行一段時間后，1號、2號機組運行過程中發(fā)出單相接地故障信號，1、2號機組三相電壓不正常，停機檢查，電纜橋架空間溫度高達60℃，測量電纜表面溫度（允許溫度70℃），最高溫度超過100℃,最低溫度也有85℃。

2 原因分析

2.1 發(fā)電機及電纜基本參數(shù)

（1）3臺發(fā)電機組運行參數(shù)，P=8 000 kW，S= 10 000 kVA，U=6 300 V，I=916 A。

（2）發(fā)電機出線每相采用2根電壓等級為10 kV、直徑為￠300的單芯交聯(lián)電纜冷縮式戶內(nèi)終端銅電纜。

2.2 造成電纜異常發(fā)熱和保護動作的可能原因

發(fā)電機過負荷，出線電流超過額定值；改造后，電纜選型不當，出線電纜容量偏小；電纜質(zhì)量不合格；電纜層通風條件差，散熱效果不佳；線鼻子未壓接好和螺絲未扭緊；單芯電纜兩端直接接地，電纜的金屬屏蔽層可能產(chǎn)生環(huán)流。

2.3 針對可能存在的原因，進行現(xiàn)場分析試驗：

（1）根據(jù)以上發(fā)電機運行參數(shù)，排除機組過負荷運行的可能。

（2）電發(fā)電機額定電流為916 A，按照規(guī)范，一般銅導(dǎo)線安全載流量為（5～8）A/mm2，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以排除出線電纜容量偏小的可能。

（3）對電纜進行直流泄露、直流電阻等檢查試驗，試驗合格，排除電纜質(zhì)量不合格問題。

（4）電纜層現(xiàn)場通風條件差，電纜擠在一起，電纜散熱不良，但通風差不是電纜發(fā)熱的主要原因。

（5）機組出線電纜螺絲、線鼻子均已壓緊安裝好。

（6）排查了上述可能存在的原因，卻沒有找到真正的根源所在，對于存在事故隱患的發(fā)電機，不能貿(mào)然投入運行，為了消除事故隱患，排除上述幾種可能，電纜發(fā)熱最有可能的狀態(tài)是產(chǎn)生了環(huán)流。檢修人員切開換下來的電纜頭，發(fā)現(xiàn)電纜頭的制作不規(guī)范，電纜頭是用單芯交聯(lián)電纜冷縮式戶內(nèi)終端，電纜頭的制作應(yīng)嚴格按照說明書的安裝步驟進行。但原電纜頭制作終端時，在兩端應(yīng)該纏絕緣帶的位置，纏上了半導(dǎo)體帶，半導(dǎo)體帶在電纜溫度升高的情況下，融化，使本該絕緣的，處于半導(dǎo)電狀態(tài)，就與接地線一起，相當于電纜屏蔽層兩端接地而形成了環(huán)流，導(dǎo)致溫度升高。

3 原理分析

3.1 對電纜接地的一般規(guī)定

（1）35 kV及以下電壓等級的三相電纜都采用兩端接地方式。這是因為電纜在正常運行中，流過3個線芯的電流總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在鋁包或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應(yīng)電壓，所以兩端接地后不會有感應(yīng)電流流過鋁包或金屬屏蔽層。

（2）單芯電纜應(yīng)針對電纜長度和導(dǎo)體中電流大小采取不同的接地形式。電纜線路不長時，電纜金屬護套應(yīng)在線路一端直接接地，另一端經(jīng)過電壓保護器接地；電纜線路很長時，可以采用金屬護套交叉互聯(lián)。

當單芯電纜一端接地時，長度越長，電纜非直接接地端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓越高，為保證人身安全，電纜在正常運行時，非直接接地端感應(yīng)電壓應(yīng)限制在50 V以內(nèi)，在短路等故障情況下，金屬護套絕緣的沖擊耐壓和過電壓保護器在沖擊電流作用下的殘壓，配合系數(shù)不小于1.4。因此，一端直接接地的接線方式適用的電纜不能太長。電纜金屬護套中間直接接地、兩端經(jīng)過電壓保護器接地，是一端直接接地的引伸，可以把一端直接接地電纜的最大長度增加一倍，接線方式和原理與一端直接接地一樣。即使采用金屬護套中間接地，也會有很高的感應(yīng)電壓。這時可以采用金屬護套交叉互聯(lián)，電纜線路很長時（大約在1 000 m以上），可將電纜線路分成若干大段，每大段原則上分成長度相等的三小段，每小段之間裝設(shè)絕緣接頭，絕緣接頭處金屬護套三相之間用同軸引線經(jīng)接線盒進行換位連接（即交叉互聯(lián)），絕緣接頭處裝設(shè)一組保護器，每一大段的兩端金屬護套分別互聯(lián)接地，在完全換位的情況下，電纜護套中無環(huán)流通過。據(jù)此，高壓電纜線路安裝時，應(yīng)該按照GB50217－1994《電力工程電纜設(shè)計規(guī)程》的要求，并應(yīng)對地絕緣。應(yīng)采取金屬護套分段絕緣或絕緣后連接成交叉互聯(lián)的接線。為了減小單芯電纜線路對鄰近輔助電纜及通信電纜的感應(yīng)電壓，應(yīng)盡量采用交叉互聯(lián)接線。對于電纜長度不長的情況下，可采用單點接地的方式。為保護電纜護層絕緣，在不接地的一端應(yīng)加裝護層保護器。

3.2 單芯電纜屏蔽層兩端接地的危害

采用單芯電纜，單芯電纜的線芯與金屬屏蔽的關(guān)系，可看作一個變壓器的初級繞組。如果兩端的屏蔽同時接地，當單芯電纜線芯通過電流時會在金屬屏蔽層與大地之間形成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣電纜屏蔽層會發(fā)熱，損耗大量的電能，影響線路的正常運行。

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，當電纜線路發(fā)生短路故障、遭受雷電沖擊或操作過電壓時，屏蔽上會形成很高的感應(yīng)電壓。電纜很長時，護套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，甚至可能擊穿電纜外護套。

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，據(jù)相關(guān)報導(dǎo)單芯電纜兩端接地產(chǎn)生的環(huán)流可達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。電氣接線如附圖，電壓、電流公式如下。

附圖交叉互聯(lián)電氣接線圖

三芯電流是平衡的：

各相電流護套上感應(yīng)電壓：

其中W為角頻率，I為電流，S為AB相間距

3.3 屏蔽層一端接地要注意的事項

然而，當金屬屏蔽層有一端不接地后，接著帶來了下列問題：當雷電流或過電壓波沿線芯流動時，電纜金屬屏蔽層不接地端會出現(xiàn)很高的沖擊電壓；在系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流流經(jīng)線芯時，電纜金屬屏蔽層不接地端也會出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓，在電纜外護層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時，將導(dǎo)致出現(xiàn)多點接地，形成環(huán)流。因此，在采用一端互聯(lián)接地時，必須采取措施限制護層上的過電壓，安裝時應(yīng)根據(jù)線路的不同情況，按照經(jīng)濟合理的原則在金屬屏蔽層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時裝設(shè)護層保護器，以防止電纜護層絕緣被擊穿。

4 處理辦法

（1）對存在問題的所有電纜頭進行重新制作，嚴格按照電纜頭制作工藝要求進行。

（2）電纜頭制作完成后按照電纜試驗規(guī)范進行絕緣和直流泄露試驗，試驗合格方能投入使用。

（3）在安裝新電纜時對電纜終端采用一端接地，另一端不接地加裝護層保護器的方式，避免可能造成兩端接地的情形出現(xiàn)。

（4）運行中加強環(huán)流和電纜溫度監(jiān)視。

通過上述處理，經(jīng)過長時間運行發(fā)電，發(fā)電機出口電纜再也沒有出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，發(fā)電機出口電壓也非常穩(wěn)定，運行正常。

5 結(jié)語

單芯電纜接地方式必須根據(jù)實際情況進行選擇，并嚴格按照制作安裝要求進行。防止電纜制作安裝時出現(xiàn)的半導(dǎo)體材料發(fā)熱融化導(dǎo)致的接地，防止人為疏忽最終形成兩點接地產(chǎn)生環(huán)流和發(fā)熱。防止損耗電能和電纜絕緣老化，防止事故的發(fā)生。

2016-12-20）

何遇雨（1972-），女，大學(xué)專科，工程師，注冊一級建造師，主要從事機電安裝工程，電話13637483631。