一起單芯電纜GIS終端發熱原因分析與處理

遲建芳，賀愛莊，謝 博，鐘慶超

（煙臺供電公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

隨著城市電網改造工作的深入，電力電纜已經成為配電網聯絡的經脈［1］，因此保證電纜線路的安全穩定運行直接關系到整個供電系統的可靠性。利用護套電流測試和紅外測溫技術發現了一起高壓電纜線路電流異常事件，通過分析論證查找出造成電流過大、終端發熱的原因。

1 高壓電纜護套接地方式

交流單芯電纜使用率越來越高，當其遭受過電壓或發生不對稱短路故障時，金屬護套上會形成很高的感應電壓，使護套絕緣發生擊穿，所以需要采取特殊的接地方式，避免電纜護層絕緣被擊穿［2］。

1.1 金屬護套兩端接地

護套兩端接地是指在金屬護套的兩個終端位置直接接地。這種接地方式可減少工作量，但是在金屬護套上存在環流，適用的條件比較苛刻，要求電纜線路很短、傳輸功率很小、傳輸容量有很大的裕度等，因此一般不宜采用這種方式［3］。

1.2 金屬護套一端接地一端保護接地

電纜線路較短時 （500 m 以內）［3－4］，金屬護套通常采用一端直接接地，另一端通過保護器接地，對地絕緣沒有構成回路，可以減少及消除環流，有利于提高電纜的傳輸容量和電纜的安全運行。

1.3 金屬護套中點接地兩端保護接地

電纜線路較長時，若電纜線路采用一端接地，其金屬護套的感應電壓將不滿足設計規范要求，可以在電纜線路的中點將電纜的金屬護套進行單點互聯接地，而電纜金屬護套的兩個終端通過保護器接地，因此采用這種接地方式的電纜線路可看作2個“一端直接接地，一端保護接地”的電纜線路連接在一起的安裝方式［5］。

1.4 金屬護套交叉互聯

護套交叉互聯是指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，每小段之間以絕緣接頭連接，絕緣接頭處金屬護套三相之間用同軸電纜經接線盒（又稱換位箱）進行換位連接，絕緣接頭處的換位箱內裝設一組護層保護器，每大段的兩端護套分別互聯并接地［6］。當電纜線路大于500 m時，可采用護套交叉互聯的連接方式。

2 110 kV電纜護套溫度異常分析

2.1 崳鳳線電纜終端溫度過高

2011年5月19日，在對高壓電纜紅外測溫過程中，發現110 kV崳鳳線鳳臺山段電纜GIS終端B相溫度過高，溫差為20℃，如圖1所示。

圖1 崳鳳線站內GIS終端紅外成像圖譜

該段電纜是從鳳臺山站內GIS到站外龍門架，全長 140 m，電纜型號 YJLV－1×400，2003 年投入運行，正常負荷電流250～400 A。金屬護套接地方式為站內經保護器接地，站外直接接地。

2.2 原因分析

根據紅外測溫熱譜圖分析可知，發熱點位于電纜終端尾管與電纜護套連接處，初步判斷發熱原因為此處封鉛不牢固，接觸電阻過大。為了進一步確定引起發熱的原因，用鉗形電流表對電纜兩端接地箱處的護套電流以及GIS開關底板和密封底座連接線處（圖2）的電流進行檢測，測試結果如表1所示。

圖2 鳳臺山站內GIS終端電流測試位置

表1 護套電流測試記錄

根據GIS終端的結構特性，每相的開關底板和密封底座是通過6根裸銅線連接的，由表1的測試結果看出，每根銅線的電流35 A左右，6根并聯后的電流與站外直接接地箱處的電流相當。因此分析，在電纜終端頭的制作過程中，由于護套接地線與GIS的金屬底座的直接連接，造成護套通過GIS的金屬外殼接地，使接地保護器被短路，失去了保護作用。從而改變了設計時的護套接地方式，將一端保護接地，一端直接接地變成了護套兩端直接接地。感應電壓在護套和大地間形成了環流，引起接觸電阻較大處發熱。為了驗證分析，對兩端直接接地的電纜護套電流進行計算。

2.3 兩端直接接地的電纜護套環流計算

高壓單芯電纜在運行條件下其導體流過的電流會在電纜金屬護套產生感應電壓。當護套兩段直接接地時，由于電阻足夠小，感應電壓會在護套和大地間形成較大的環流，危害電纜的穩定運行［7］。

崳鳳線電纜敷設采用三角形排列，其護套感應電壓的計算公式為［8－9］：

按上式進行計算，當負荷電流為300 A，軸間距離為220 mm時，B相護套的感應電壓為18.75 V，滿足GB50217－94關于單芯電纜金屬護套上的感應電壓不超過50 V的規定。

但由于本條電纜連接的站內GIS終端結構的特殊性，造成電纜護套兩端接地，在接地點和大地間形成了環流，如圖3所示。感應電壓在護層中形成的環流按公式（4）、（5）［10］進行計算，得出護套環流 ISB=288A，另兩相的護套環流與B相相等，相位差為120°。

式中：RS為金屬護套電阻，Ω；ρs金屬護套的電阻系數；ds1、ds2分別為護套的內、外直徑，cm。

圖3 單芯電纜金屬護層環流示意圖

由于在計算過程中，沒有考慮接地電阻以及環境溫度對電阻系數的影響等因素，所以計算值比實測值略大，但通過對比仍能證明，該段電纜的環流過大是因為兩端的護套直接接地造成的。

3 缺陷處理

正常情況下，與架空線路連接的電纜，直接接地一般裝設在架空線路端，保護器裝設在另一端。但由于本條線路的特殊性，這樣裝設將會使站內的保護器失去保護作用，造成電纜護套上較大的環流。因此經過分析論證，更改了電纜護套的接地方式，將站內的保護接地箱和站外的直接接地箱進行更換，使站外保護接地，站內直接接地。更換完恢復送電1天后，對電纜終端溫度和護套電流進行了再次測試，測試結果均恢復正常。

4 結語

在選擇單芯電纜護套接地方式時，要進行認真的分析和詳細的論證，并結合電氣設備的結構特點，減少和消除護套環流，保證電纜的穩定運行。

通過紅外測溫技術對電纜進行溫度測量可以有效監測設備運行狀態，對重點線路和重點部位可采用在線實時溫度監控系統對電纜溫度進行監控。

對運行中的電纜要加強護套電流測試，及時發現和處理電流異常的缺陷，避免惡性事故的發生。

［1］胡其秀.電力電纜線路手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［2］江日洪.交聯聚乙烯電力電纜線路［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］姚金霞.從一起電纜故障談超高壓電纜金屬護套的接地方式［J］.高電壓技術，2004，30（4）：48－49.

［4］歐景茹.高壓單芯電纜線路金屬護套接地方式［J］.吉林電力，2005（2）：19－21.

［5］陳創庭，張國勝，周志成，等.環流法監測XLPE電纜金屬護套多點接地［J］.高電壓技術，2002，28（7）：28－29.

［6］黃鶴鳴.高壓單芯電力電纜接地電流分析與監測系統研究［D］，［博士學位論文］.北京：華北電力大學，2008.

［7］史傳卿.電力電纜安裝運行技術問答［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［8］黃宏新，何健，羅進圣.高壓XLPE電纜金屬護套環流的計算分析［J］.浙江電力，2008（3）：60－62.

［9］王敏.10 kV單相電力電纜屏蔽層的感應電壓和環流［J］.高電壓技術，2002，28（5）：30－32.

［10］張立林.110～220 kV單芯高壓交聯電纜護層絕緣在線檢測系統的研究［C］.中國電機工程學會高電壓專委會2007年學術年會，2007.