變電站開關(guān)場(chǎng)接地線過熱原因分析及對(duì)策

趙 詣， 趙 金， 曹文東

（1.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司檢修公司，新疆 烏魯木齊 830000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)對(duì)新能源的不斷接納，為補(bǔ)償諧波污染及無功沖擊，變電站內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備負(fù)荷不斷增加。安裝在超高壓變電站的并聯(lián)電抗器大都是干式空心電抗器。干式空心電抗器因自身原理及結(jié)構(gòu)原因在運(yùn)行期間會(huì)在其周邊空間內(nèi)感應(yīng)出強(qiáng)磁場(chǎng)[1]。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)在鄰近空間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而造成環(huán)形回路發(fā)熱，存在導(dǎo)致人身傷亡及設(shè)備損壞的安全隱患[2]。

1 端子箱接地線發(fā)熱

1.1 過熱情況

2019 年5 月，某超高壓變電站運(yùn)行檢修人員發(fā)現(xiàn)66 kV 2 號(hào)并聯(lián)電抗器6612 端子箱電纜屏蔽（鎧裝） 接地線發(fā)熱并已灼燒，溫度為110 ℃，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度為24 ℃。現(xiàn)場(chǎng)緊急將66 kV 2 號(hào)電抗器退出運(yùn)行。

退出運(yùn)行后對(duì)66 kV 2 號(hào)并聯(lián)電抗器6612 端子箱電纜屏蔽（鎧裝） 接地線進(jìn)行測(cè)溫檢查，此時(shí)相鄰66 kV 3 號(hào)并聯(lián)電抗器處于運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)熱鎧裝接地線（回路號(hào)L12-282D：KE） 與屏蔽接地線（回路號(hào)L12-282D：PE） 溫度為55 ℃，其余接地線溫度為23～26 ℃，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度為25 ℃。

圖1 為現(xiàn)場(chǎng)接線示意圖。用鉗形電流表測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)所有接地線電流，發(fā)熱鎧裝接地線（回路號(hào)L12-282D：KE） 電流為35.4 A，發(fā)熱屏蔽接地線（回路號(hào)L12-282D：PE） 電流為35.4 A，鎧裝接地線（回路號(hào)L12-191C：KE） 電流為5.5 A，屏蔽接地線（回路號(hào)L12-28191C：PE） 電流為5.4 A，其余接地線均為正常值，二次接地銅排至等電位地網(wǎng)連接線電流為41.8 A，箱體右側(cè)扁鐵電流為43.3 A，用萬用表測(cè)量一二次接地銅排壓差為0.625 V。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)接線示意圖

1.2 過熱原因

6612 端子箱所在開關(guān)場(chǎng)有2 號(hào)、3 號(hào)等多個(gè)干式空心電抗器，干式空心電抗器因自身原理及結(jié)構(gòu)原因在運(yùn)行期間會(huì)在其周邊空間內(nèi)感應(yīng)出強(qiáng)磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，干式空心電抗器感應(yīng)出的磁場(chǎng)會(huì)在相鄰導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若此時(shí)導(dǎo)體是環(huán)形回路，則會(huì)在環(huán)形回路中產(chǎn)生電流進(jìn)而發(fā)熱；若此時(shí)導(dǎo)體環(huán)形回路電阻較小，根據(jù)歐姆定律，產(chǎn)生的電流將會(huì)較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將會(huì)造成發(fā)熱燒損問題。經(jīng)研究分析，產(chǎn)生導(dǎo)體環(huán)形回路的原因是電纜終端頭中鎧裝接地線與屏蔽接地線發(fā)生短路，詳情見圖2。

圖2 電纜的終端頭短路示意圖

2 智能組件柜接地線發(fā)熱

2.1 發(fā)熱情況

2019 年4 月，某超高壓變電站基建發(fā)現(xiàn)66 kV 7 號(hào)并聯(lián)電抗器6617 智能組件柜智能終端與合并單元故障，電源插件損壞。智能終端與合并單元分別連接的外殼接地線與電源接地線均發(fā)現(xiàn)發(fā)熱灼燒情況。

現(xiàn)場(chǎng)基建人員在發(fā)現(xiàn)發(fā)熱灼燒后迅速將接地線拆除，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)等電位地網(wǎng)與主地網(wǎng)之間導(dǎo)線存在125.7 A 電流。拆除接地線前的智能組件柜接線方式如圖3 所示。

圖3 智能組件柜接線方式示意圖

2.2 發(fā)熱原因

施工基建單位在安裝智能終端和合并單元時(shí)認(rèn)為，裝置直接與柜體構(gòu)架相連，所以裝置外殼接地應(yīng)接一次接地銅排；裝置電源屬于二次回路，所以裝置電源插件接地應(yīng)接二次接地銅排。由于智能終端和合并單元裝置內(nèi)部已將裝置外殼接地點(diǎn)與電源插件接地點(diǎn)短接，故造成一次接地銅排、二次接地銅排、等電位地網(wǎng)、主地網(wǎng)與智能終端和合并單元裝置接地形成環(huán)狀形回路，進(jìn)而發(fā)生發(fā)熱問題。

3 解決發(fā)熱的措施

長(zhǎng)期以來，對(duì)變電站開關(guān)場(chǎng)接地線以及箱體、柜體接地銅排的接線與安裝問題一直存在爭(zhēng)議。由于前期電力行業(yè)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、反措對(duì)此問題的描述不統(tǒng)一、不清晰，造成了柜體箱體內(nèi)存在一次接地銅排、二次接地銅排的做法[3]。

一次接地銅排直接與箱體柜體相連，連接一次接地銅排的接地線有電纜鎧裝接地線與裝置外殼接地線。二次接地銅排經(jīng)導(dǎo)線與等電位地網(wǎng)相連，再經(jīng)由導(dǎo)線連接主地網(wǎng)，連接二次接地銅排的接地線有電纜屏蔽接地線與裝置電源插件接地線[4]。

變電站中主要涉及的接地方式包括參考接地、裝置接地和電纜接地。由于繼電保護(hù)有些信息辨認(rèn)需要有統(tǒng)一的零電位作為參考，所以對(duì)于有電位參考用途的接地線必須入二次等電位接地銅排。裝置接地的功能是當(dāng)裝置漏電、裝置外殼帶電時(shí)，電流能流入大地保證外殼與地電位相等，從而保障人身安全；電纜接地的主要目的是防止電場(chǎng)與磁場(chǎng)對(duì)電纜的干擾。

綜上可知，電纜鎧甲不承擔(dān)電纜屏蔽功能，且電纜鎧甲電阻較大也不能屏蔽外界電磁干擾，所以電纜鎧甲無須接地；智能終端與合并單元裝置設(shè)備外殼本身就與箱體構(gòu)架相連，即使與箱體構(gòu)架連接不可靠，裝置本身也通過電源插件接地線與二次接地銅排相連，無須連接一次接地銅排。所以，開關(guān)場(chǎng)取消一次接地銅排，盡量使用二次接地銅排，這樣不會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成危害，同時(shí)可以有效地避免因變電站開關(guān)場(chǎng)高磁場(chǎng)環(huán)境造成的接地線發(fā)熱危害。

4 工程實(shí)驗(yàn)

在以上兩起過熱事件中，現(xiàn)場(chǎng)人員經(jīng)研究分析后，分別采取將鎧裝接地線拆除和將智能終端與合并單元接地線拆除的措施。將相應(yīng)2 號(hào)并聯(lián)電抗器與7 號(hào)并聯(lián)電抗器投入運(yùn)行后進(jìn)行跟蹤測(cè)溫，結(jié)果如表1 所示。

經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，開關(guān)場(chǎng)取消一次接地銅排確實(shí)可以解決超高壓變電站開關(guān)場(chǎng)接地線過熱問題。此方法簡(jiǎn)單可行，建議在同類工程中推廣應(yīng)用。

表1 2 號(hào)并聯(lián)電抗器與7 號(hào)并聯(lián)電抗器跟蹤測(cè)溫結(jié)果 ℃

5 結(jié)論

低壓電抗器產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)在環(huán)形回路中產(chǎn)生的電流是造成變電站開關(guān)場(chǎng)接地線過熱的原因，取消一次接地銅排后，工程實(shí)踐表明該解決措施正確有效。建議在相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、反措中予以明確，使各企業(yè)在執(zhí)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、反措時(shí)能有效避免此問題的發(fā)生。