一起220 kV電纜外護(hù)層接地電流異常缺陷的分析及處理

國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司 盧志忠

一起220 kV電纜外護(hù)層接地電流異常缺陷的分析及處理

國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司 盧志忠

電纜外護(hù)層接地電流是判斷電纜外護(hù)層絕緣是否良好的重要依據(jù)，準(zhǔn)確測量接地電流是開展電纜狀態(tài)監(jiān)測的前提。在一起220 kV電纜外護(hù)層接地電流偽異常缺陷中，通過查找缺陷原因，診斷現(xiàn)有接地電纜連接方式存在的若干問題，并提出改進(jìn)措施，防范此類缺陷再次發(fā)生。

電纜外護(hù)層接地電流 偽異常 連接方式 缺陷原因 改進(jìn)措施

220 kV大城Ⅱ路電纜線路于2013年11月27日投運(yùn)，長227 m，電纜型ZRYJLW03-220-1×2500，采用一端直接接地、另一端保護(hù)接地的接地方式。

1 缺陷發(fā)現(xiàn)過程

2016年8月3日，輸電運(yùn)檢室電纜班在220 kV大城Ⅱ路電纜隧道巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)在離站內(nèi)終端塔大約10 m處有異常響聲，現(xiàn)場初步試擰異響臨近支架未發(fā)現(xiàn)明顯松動(dòng)。

如圖2，220 kV大城Ⅱ路自投運(yùn)以來，三相外護(hù)層接地電流值在3A～75A，對于一端保護(hù)接地另一端直接接地的接地方式，該數(shù)值明顯偏大，但三相接地電流基本平衡。

圖1 220 kV大城Ⅱ路電纜護(hù)層接地方式1—電纜；2—終端；3—接地箱；4—同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體接金屬護(hù)套；5—同軸電纜外導(dǎo)體接支架；6—保護(hù)器；7—連接片；8—接地箱

如圖3，2016年1月26日開始，三相接地電流不平衡度增加，最大值與最小值比遠(yuǎn)大于3。

圖2 220 kV大城Ⅱ路電纜線路外護(hù)層接地電流異常情況

圖3 220 kV大城Ⅱ路電纜線路外護(hù)層接地電流突變情況

2016年8月5日運(yùn)維人員現(xiàn)場實(shí)測B相外護(hù)層接地電流值為102.2A（運(yùn)行電流為552A），較8月1日測得的57.5A（運(yùn)行電流為467A）增幅達(dá)77%。

2 初步原因分析

2.1 220 kV大城Ⅱ路采用一端保護(hù)接地另一端直接接地的接地方式，該種接地方式下金屬護(hù)層只存在電容電流，數(shù)值很小，故判斷三相電纜保護(hù)接地箱中的保護(hù)器故障或三相電纜存在兩點(diǎn)接地。

圖4 B相局放檢測結(jié)果（中心頻率2MHz）

圖5 B相局放檢測結(jié)果（中心頻率4MHz）

圖6 B相局放檢測結(jié)果（中心頻率8MHz）

2.2 2016年1月26日后，三相護(hù)層接地電流突變，不平衡度增加。查找線路故障情況后發(fā)現(xiàn)，2016年1月 26日16時(shí)54分，220 kV大城Ⅰ路電纜線路B相終端頭故障，線路跳閘，重合不成功。因220 kV大城Ⅰ、Ⅱ路共用接地網(wǎng)，故判斷220 kV大城Ⅰ路故障，短路電流流過接地網(wǎng)，導(dǎo)致接地網(wǎng)電位升高，進(jìn)而使220 kV大城Ⅱ路金屬護(hù)層電位升高，使外護(hù)層絕緣薄弱處擊穿，導(dǎo)致多點(diǎn)接地，三相護(hù)層電流突變，不平衡度增加。

2.3 2016年8月3日發(fā)現(xiàn)的B相電纜異響及8月1日～8月5日實(shí)測外護(hù)層電流值突變，判斷B相電纜存在局部放電。

3 檢查情況

3.1 保護(hù)接地箱檢查情況

2016年8月4日，為判斷護(hù)層保護(hù)器是否損壞，運(yùn)維人員對220 kV大城Ⅱ路站內(nèi)電纜終端頭接地箱內(nèi)的護(hù)層保護(hù)器兩端電壓進(jìn)行測量，A、B、C三相保護(hù)器兩端電壓分別為24.4V、20.5V、24.1V，遠(yuǎn)大于零，保護(hù)器正常。

圖7 接地電纜（靠近法蘭處）焊接至終端塔平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

3.2 B相電纜局放檢測情況

2016年8月5日，運(yùn)維人員對220 kV大城II路B相進(jìn)行局放檢測，通過電纜局放結(jié)果，作為判斷B相電纜是否發(fā)生兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地提供判據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明B相電纜運(yùn)行正常，未發(fā)生局部放電。

3.3 電纜本體巡視及檢測

發(fā)現(xiàn)缺陷后，運(yùn)維人員先后三次開展電纜本體巡視，包括一次夜巡，運(yùn)用超聲波局放檢測儀、紫外線探傷儀、紅外測溫儀等手段，均未發(fā)現(xiàn)電纜外護(hù)層破損點(diǎn)。同時(shí)，若電纜存在接地點(diǎn)，接地電流會(huì)通過最近的金屬支架流入接地網(wǎng)，運(yùn)維人員利用局放設(shè)備自帶的柔性電流互感器（柔性CT變比為10 uV/ A）對每根支架環(huán)流進(jìn)行檢測，仍未檢測到疑似接地電流。

4 缺陷原因分析

4.1 外護(hù)層接地電流值異常原因分析

經(jīng)過以上三個(gè)部分排查，發(fā)現(xiàn)排查結(jié)果與初步原因分析有較大出入。對此，泉州公司從其他角度入手，翻閱竣工資料，發(fā)現(xiàn)一處基建遺留缺陷可能是誘因。

220 kV大城Ⅱ路竣工投產(chǎn)前，運(yùn)維班組在驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)，三相電纜終端接地電纜（靠近法蘭處）焊接至終端塔平臺(tái)，如圖7。

8月5日，運(yùn)維人員利用局放設(shè)備自帶的柔性電流互感器（柔性CT變比為10 uV/ A）,對金屬護(hù)套引出端、平臺(tái)焊接點(diǎn)和接地線三處測量電流值，結(jié)果如表1所示。

表1 金屬護(hù)套引出端、平臺(tái)焊接點(diǎn)和接地線三處測量電流值

通過對平臺(tái)網(wǎng)格進(jìn)行測量，在每個(gè)網(wǎng)格中可測得大小在2A左右的電流值。

檢測結(jié)果顯示三相電纜外護(hù)層接地電流在1.4-2.5A，與電容電流值吻合。日常維護(hù)過程中接地電纜上測得的電流值實(shí)際上為三相電纜外護(hù)層接地電流與平臺(tái)流向接地電纜的電流的疊加，且后者遠(yuǎn)大于前者，故三相電纜終端接地電纜（靠近法蘭處）焊接至終端塔平臺(tái)這一基建遺留缺陷是三相電流產(chǎn)生“偽異?！钡脑颉?/p>

在確定異常原因后，運(yùn)維人員進(jìn)一步對大城Ⅱ路電纜金屬護(hù)套引出端與平臺(tái)焊接處進(jìn)行紅外測溫，三相焊接處溫度分別為39.3℃、42.6℃、34.8℃，結(jié)果顯示在焊接點(diǎn)處溫度大于周邊材料溫度，進(jìn)一步驗(yàn)證了該處有較大電流匯集，導(dǎo)致金屬材料發(fā)熱集中。

4.2 接地線接地電流值突變原因分析

由于三相接地線實(shí)際測到的值為三相電纜外護(hù)層接地電流與平臺(tái)流接地電纜的電流的疊加，且后者遠(yuǎn)大于前者，故引起突變的主要因素為平臺(tái)流向接地電纜的電流。從外護(hù)層接地電流歷史數(shù)據(jù)可以看出，2016年1月26日前后的外護(hù)層接地電流數(shù)值發(fā)生突變，即平臺(tái)流向接地電纜的電流發(fā)生突變。

如圖8、圖9所示，在護(hù)層保護(hù)器端產(chǎn)生感應(yīng)電勢Es1，金屬護(hù)套回路阻抗為Z1，平臺(tái)上感應(yīng)電勢為Es2，平臺(tái)金屬構(gòu)件等效阻抗為Z2，接地電纜等值阻抗為Z3，接地電纜電流I3即為護(hù)層電流I1與平臺(tái)網(wǎng)格電流I2的向量和。因三相的感應(yīng)電勢和電路阻抗不完全相等，導(dǎo)致三相接地電纜電流值產(chǎn)生差異。

圖8 電纜終端接地電流路徑圖

圖9 電纜接地電流等效電路圖

通過以上分析，判斷在2016年1月26日220 kV大城Ⅰ路電纜故障后，短路電流引起平臺(tái)接地阻抗突變，進(jìn)而導(dǎo)致平臺(tái)流向接地電纜的電流發(fā)生突變，最終引起接地電纜測到的接地電流值突變。

4.3 B相電纜異響原因分析

通過檢查分析后確認(rèn)三相電纜外護(hù)層接地電流值正常，故可以進(jìn)一步判斷B相電纜異響不屬于局部放電發(fā)出的。對此，運(yùn)維人員拆除B相運(yùn)行電流在線監(jiān)測裝置配套的電流互感器以進(jìn)一步判斷。在拆除電流互感器過程中，發(fā)現(xiàn)異響聲產(chǎn)生變化，經(jīng)過多點(diǎn)觀察，在電纜支架上發(fā)現(xiàn)一處未完全緊固螺栓，將螺栓完全緊固后，異響消失，最終判斷異響是電纜運(yùn)行產(chǎn)生的電動(dòng)力和在線監(jiān)測CT飽和引起的振動(dòng)使螺栓松動(dòng)，與支架碰撞后產(chǎn)生的持續(xù)性尖銳聲。異響原因的判定也進(jìn)一步排除了B相兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地的可能性。

5 改進(jìn)措施

5.1 在設(shè)計(jì)及施工階段，應(yīng)避免電纜終端接地電纜與地電位存在兩個(gè)連接點(diǎn)，尤其是塔身與接地電纜存在第二個(gè)連接點(diǎn)。

5.2 在電纜金屬支架、金屬護(hù)套引出端、平臺(tái)焊接點(diǎn)等區(qū)域測量接地電流時(shí)，因空間有限無法利用現(xiàn)有的鉗型電流表進(jìn)行測量，轉(zhuǎn)而利用局放設(shè)備自帶的柔性電流互感器，測量精度存在一定的誤差，只適合用于定性測量。今后在運(yùn)維過程中應(yīng)配置精度高的柔性電流表用于診斷性檢測。

5.3 在雙回及多回線路共用接地網(wǎng)時(shí)，當(dāng)一回線路故障后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行接地電阻測量，查看接地電阻是否發(fā)生變化。

6 結(jié)論

本文從一起電纜外護(hù)層接地電流偽異常缺陷入手，通過現(xiàn)場查找、帶電檢測和技術(shù)分析等手段，查找出缺陷原因：

（1）該起缺陷是一起因接地線電纜連接方式設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致外護(hù)層接地電流“偽異常”。

（2）雙回路共用接地網(wǎng)時(shí)，其中一回線路故障導(dǎo)致平臺(tái)接地阻抗突變是引起接地電纜突變的主要原因。