大源渡水電站高壓電纜接地方式的改造

劉戰平

(湖南省水運建設投資集團有限公司，湖南 長沙 410007)

大源渡水電站高壓電纜接地方式的改造

劉戰平

(湖南省水運建設投資集團有限公司，湖南 長沙 410007)

介紹了大源渡水電站主變高壓側電纜金屬護套屏蔽層接地線端子變黑松脫事故，指出接地電流過大而接地線銅鼻線徑過小是接線鼻子過熱燒損的原因，提出了一種特殊連接和接地方式及相應的改造措施。改造實施后，高壓電纜的接地電流得到了較好控制。

接地電流；接地方式；高壓電纜

0 引言

大源渡水電站位于湖南省湘江流域的中上游，處于衡山縣境內，是湖南省水運建設投資集團有限公司在湘江流域進行梯級開發的第2級電站，是一種日調節徑流式水電站。大源渡水電站的裝機容量為4×30 MW，通過3回110 kV線路接入衡陽電網。電站110 kV升壓系統采用室外開關站布置，其電能輸出方式為：經過電站2臺110 kV主變壓器升壓后，再通2回110 kV高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜連接到110 kV開關站母線。水電廠及開關站接地網沿河右岸狹長布置，其接地電阻的實測值為0.48 Ω。

高壓單芯電纜的接地方式有多種，因此選擇合適的接地方式很重要。當單芯電纜線芯通過電流時就會有磁力線交鏈鉛包(或鋁包)或金屬屏蔽層，使其兩端出現感應電壓。

感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，當電纜較長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度。當線路發生短路故障、遭受操作過電壓或雷電電壓沖擊時，電纜金屬屏蔽層上會形成較高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。如果仍將鋁包或金屬屏蔽層兩端三相互聯接地，則鋁包或金屬屏蔽層將會出現很大的環流，其值可達線芯電流的50 %～95 %，形成損耗，使鋁包或金屬屏蔽層發熱。這不僅浪費了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，嚴重時會導致電纜的護套著火，因此單芯電纜不應兩端接地。

1 故障現象

2012年12月，大源渡水電站的維護人員在對水電站主變高壓側電纜進行預防性試驗時，發現1號主變高壓側電纜A相金屬護套屏蔽層接地線端子變黑松脫，有燒損痕跡。

2 原因分析

大源渡水電站110 kV高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜是進口產品，電纜終端使用的是進口阿爾斯通設備。1998年在現場安裝時，由外方供貨人員現場指導敷設，電纜終端由外方技術人員安裝。當初，外方技術人員要求電纜雙端金屬護套屏蔽層直接接地，設計方水電設計院也采納了外方技術人員的建議。在安裝完成設備投運后，安裝施工單位和業主沒有對高壓電纜接地環流進行現場檢測。2013年，大源渡水電站維護技術人員對該水電站2回1號主變高壓電纜進行了接地電流檢測。

1號主變電纜總長度178 m，2號主變電纜總長度110 m。敷設方式：66 m為品字形排列，112 m為豎直方向排列。

實測2回電纜運行時接地電流：1號主變帶負荷47 MW時，電纜實際運行電流226 A，接地電流有117 A；1號主變帶滿負荷70 MW時，電纜實際運行電流340 A，接地電流有170 A；2號主變帶負荷47 MW時，電纜實際運行電流226 A，接地電流有40.5 A。

從現場實測接地電流看出，該站110 kV高壓電纜運行時，接地環流偏大，接地電流達到了負載電流的50 %。由于接地電流較大，而接地線銅鼻線徑選擇不合適，造成接線鼻子長期過熱，最后導致接線鼻子過熱燒損。

3 改進措施

根據現場實際情況，該廠選擇了護層一端直接接地，另一端通過護層保護接地的方式。加裝護層電壓限制器后，接地電流得到了有效控制，但需考慮不接地端金屬屏蔽護層感應過電壓的問題。若絕緣配合未選好，當雷電流或過電壓波沿線芯活動時，電纜鋁包或金屬屏蔽層不接地端會出現很高的沖擊電壓。在發生短路時，短路電流流經線芯，電纜鋁包或金屬屏蔽層不接地端也會出現較高的工頻感應電壓；當電纜外護層絕緣不能承受過電壓而損壞時，將導致出現多點接地，形成環流。

因此，當采用一端接地方式時，必須采取措施限制護層上的過電壓，按照經濟合理的原則，在鋁包或金屬屏蔽層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時裝設護層電壓限制器，以防止電纜護層絕緣被擊穿。結合該站110 kV進口高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜的參數特性，選擇了電纜護層電壓限制器的參數，如表1所示。

通過加裝電纜護層電壓限制器后，1號主變110 kV高壓電纜金屬屏蔽層的接地環流得到了有效控制，將接地線也相應改成了70 mm2的多股軟銅線(原來接地線截面偏小)，同時也對接線鼻子進行了現場鍍錫處理。

改造完成后，對1號主變110 kV高壓電纜進行了帶電檢測。1號主變帶負荷47 MW時，電纜實際運行電流226 A，按地電流A相1.8 A，B相2.2 A，C相1.6 A；帶滿負70 MW時，實際運行電流340 A，接地電流A相1.8 A，B相2.3 A，C相1.7 A。通過改造，2回高壓電纜的接地電流得到了較好地控制，達到了預期的改造效果。

表1 電纜護層電壓限制器的參數

4 結束語

由于電力科技的飛速發展，高壓電纜在電力生產中得到越來越廣泛的運用，高壓電纜的接地方式尤其要引起重視，要根據現場的實際情況選擇不同的接地方式，不能全憑經驗。大源渡水電站的高壓電纜總長度不長，但高壓單芯電纜的接地環流與現場的敷設方式、電纜的總長度、負荷電流的大小、現場地網接地電阻值等都有關系。單芯高壓電纜安裝完成后，要進行實地檢測，各項運行參數指標必須在設計范圍內，確保設備的安全穩定運行。

2014-09-25；

2014-11-28。

劉戰平(1975-)，男，高級工程師，主要從事水電站電氣設備檢修和維護管理，email：dydlzp@126.com。