220kV長城II回電纜線路護層接地系統故障原因分析

摘 要：通過對220kV城東變220kV長城II回電纜線路護層接地系統故障進行分析，找出了可能的故障原因，提出了預防及改進措施。

關鍵詞：電纜護層；護層接地系統；保護器；環流；過電壓；接地箱；防水

2009年5月初，運行維護人員反映，220kV城東變220kV長城II回電纜線路B相接地線電流異常。在終端塔側用鉗型電流表檢測護層接地線電流A、C相為3.7A左右，B相護層接地線電流為零。在站內側檢測護層接地線電流為A、C相為零，B相護層接地線電流3.7A左右，測試結果詳見表1。可以看出B相電纜護層接地線電流出現明顯的不同于A、C相的異常，初步判斷為護層接地系統有問題。

經查220kV城東變220kV長城II回電纜線路于2006年投產，電纜規格為YJLW03-127/220-1×2000，220kV交聯聚乙烯絕緣、皺紋鋁套PE外護套電力電纜，電纜截面2000mm2，電纜長度428米，無中間接頭。設計圖紙表明，該電纜線路護層接地方式為采用金屬護層一端直接接地，另一端通過保護器接地形式，接地箱全部采用單相接地箱。護層接地系統接線原理如圖1所示：

1 初步分析

由于電纜護層接地箱現場沒有懸掛銘牌，6個接地箱的外觀相同，現場維護人員在不打開接地箱蓋子的情況下，不能分辨是保護接地箱還是直接接地箱，只能根據圖紙確定為：站內接地箱為保護接地箱，鐵塔終端側為直接接地箱。假設接地箱位置按設計要求，正確安裝沒有問題，那么理論上在鐵塔側護層是通過直接接地箱接地（護層和地是直接連通的），用鉗型電流表檢測A、B、C三相護層接地線電流應約相等，為電容電流。在變電站側護層是通過保護接地箱接地（護層接地線通過高阻接地），用鉗型電流表檢測A、B、C護層接地線電流應為零。從表1可以看出，A、C相接地線實際電流與理論分析相符，沒有問題。但是B相護層接地線電流卻和理論分析剛好相反，肯定存在問題，難道是施工時把B相保護接地箱和直接接地箱的位置裝反了嗎？

2 現場查看

為了查清B相護層接地電流異常原因，5月8日，高壓電纜管理小組組織相關部門技術人員共同進行了現場查看。在做好安全措施的情況下，首先打開了站內的B相護層接地箱，剛打開時有一股難聞的臭味，有水滴從接地箱內流出，此接地箱確實是保護接地箱，可以看出接地箱內的保護器已燒裂損壞，如圖2所示：

接著大家又來到站外終端塔邊，打開了220kV長城II回B相護層接地箱，該接地箱是直接接地箱，接地銅排已熔斷，箱內炭化嚴重。銅排連接孔偏大，壓接面積偏小，容易導致接觸不良，如圖3所示：

3 缺陷處理

5月9日對該線路停電消缺，經測量損壞的護層保護器呈導通狀態，失去了保護護層絕緣的功能。更換了B相的直接接地箱和保護接地箱，并按有關規定對該電纜線路進行了預防性試驗，試驗沒有發現異常，并于當天送電。

4 故障原因分析

當線路正常運行時，B相護層直接接地處只有較小的電容電流（現場測量3.7A左右），是不可能燒斷接地銅排的（即使安裝時銅排螺絲未壓緊也不足以燒斷連接銅排），所以應是站內的保護接地箱的護層保護器先損壞變成直接接地，B相護層有兩點接地產生較大環流，從而燒斷接觸不良的直接接地箱連接銅排。

5 問題探討

保護接地箱內的護層保護器為什么會損壞？

在探討該問題前，我們先認識一下護層保護器，電纜護層保護器由非線性優良的氧化鋅電阻片組成，在正常工作狀態時，電阻片為高阻值，通過護層保護器的電流為微安級。當護層有過電壓波侵入，達到保護器的動作電壓時，電阻片瞬間呈低阻，流過的電流可達kA級，泄放了護層上的累積電荷，從而有效地保護了電纜外護層絕緣，使其勉受過電壓的損傷。表2是一種護層保護器主要技術參數（以BHQ-2 為例）

5.1 保護器損壞可能原因之一

護層保護器通過短路或其他過電壓原因引起的導通電流，若持續時間過長，將導致保護器損壞。

由表2可知，護層保護器的導通電流是有時間限制的。經查實，該線路曾經發生過B相短路情況，短路使電纜護層一端產生較高的電壓，當達到護層保護器的導通電壓時，保護器導通，產生較大電流，若此短路持續時間較長，超過保護器所能承受的時間，必然燒毀護層保護器。

5.2 保護器損壞可能原因之二

保護接地箱進水導致護層保護器損壞。

根據有關護層避雷器爆裂后解剖分析的情況看，保護器防潮性能差占有很大原因。從上面的圖片我們可以看到，剛打開保護接地箱時，有水流出。現場看到，保護接地箱箱體及進線孔都密封較好，沒有發現進水現象。水是從那里進來的呢？經反復查看發現，與保護器上端連接的接地引下線線芯有潮濕氧化情況，水份應該是通過接地引下線線芯直接流到保護接地箱內的。那么水份怎么會進入線芯呢？開始大家懷疑是接地箱上進線孔密封不良，經對該處密封進行現場解剖，發現該處密封處理良好。接著又對另一可疑部位，與尾管連接的護層接地引下線接線端子進行檢查，發現接線端子只是用PVC簡單包扎，未應用防水帶進行防水處理，如圖4所示：

很明顯，由于南方雨季持續時間長，水就從該端子未密封部位，從上向下，順著導體線芯流入接地箱，如圖5所示：

6 存在的疑問及解釋

6.1 存在疑問：

在未對護層進行耐壓試驗前，技術人員普遍認為護層可能存在多點接地，因為該護層缺陷發生后實際形成護層一端直接接地，另一端懸空，當護層遭受雷擊、短路等形成的過電壓后，護層上沒有釋放該電壓的通路，當護層過電壓超過護層的絕緣水平時，必然在護層絕緣薄弱處擊穿，形成兩點以上接地，產生環流，以釋放過電壓。但是經檢測，護層絕緣良好，難道護層缺陷發生后護層沒有發生過過電壓嗎？由于該缺陷較隱蔽，缺陷可能存在較長一段時間（從護層保護器炸裂的痕跡看，缺陷已發生較久），線路較長時間不發生過電壓顯然也是不現實的，那么為什么護層沒有被擊穿呢？帶著這個疑問大家對現場可疑點反復進行查看，終于在站外終端塔尾管附近發現放電痕跡，如圖6所示：

6.2 合理解釋：

線路在設計時，為了使單芯電纜不穿過閉合磁路，特意在電纜終端安裝鋼板上，切割了一條縫隙，如上圖所示。電纜尾管出線端子就在這縫隙上邊，引下線壓接端子與縫隙間的距離約1mm，在護層過電壓達到一定水平時，該間隙擊穿，產生環流，護層過電壓得以釋放，當過電壓減小到不足以維持間隙擊穿后，間隙絕緣恢復，護層內沒有環流。從某種意義說，該間隙很好的起到了護層保護器的作用，正因為該間隙的存在，才使電纜護層絕緣未受到雷電等過電壓的損傷。

7 預防措施

7.1改造有防水缺陷的接地箱

對局所有電纜線路的接地箱進行摸排，改造具有上述防水缺陷的接地箱。加強對接地系統的維護與監測，嚴格按有關規范進行預防性試驗，對類似缺陷爭取早發現早處理，以防缺陷擴大。

7.2加強護層接地系統的施工管理

施工前檢查護層保護器是否完好，連接銅排的接觸是否可靠，嚴防不合格產品應用到工程中；施工中，應重視接地系統的防水，特別是尾管引下線的端子一定要做好防水處理，另外銅排的連接一定要可靠；投運前，嚴格試驗，完成標識的安裝。

7.3從設計上進行把關

該接地箱存在設計缺陷，通常單相保護接地箱設計為進線和出線都在接地箱的下端。線孔在保護器下端，這樣即使水從線芯或進線孔進入接地箱，也不會直接流到護層保護器上，保護器不會因此損壞，希望設計在選擇接地箱時不要選擇進線孔在上的類型。

參考文獻：

[1] 1 李宗延 王佩龍 趙光庭 《 電力電纜施工手冊》 中國電力出版社 2004年