一起220 kV電纜外護層接地電流異常缺陷的分析及處理

國網福建省電力有限公司泉州供電公司 盧志忠

一起220 kV電纜外護層接地電流異常缺陷的分析及處理

國網福建省電力有限公司泉州供電公司 盧志忠

電纜外護層接地電流是判斷電纜外護層絕緣是否良好的重要依據，準確測量接地電流是開展電纜狀態監測的前提。在一起220 kV電纜外護層接地電流偽異常缺陷中，通過查找缺陷原因，診斷現有接地電纜連接方式存在的若干問題，并提出改進措施，防范此類缺陷再次發生。

電纜外護層接地電流 偽異常 連接方式 缺陷原因 改進措施

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

1 缺陷發現過程

2016年8月3日，輸電運檢室電纜班在220 kV大城Ⅱ路電纜隧道巡視時發現在離站內終端塔大約10 m處有異常響聲，現場初步試擰異響臨近支架未發現明顯松動。

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

圖1 220 kV大城Ⅱ路電纜護層接地方式1—電纜；2—終端；3—接地箱；4—同軸電纜內導體接金屬護套；5—同軸電纜外導體接支架；6—保護器；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大于3。

圖2 220 kV大城Ⅱ路電纜線路外護層接地電流異常情況

圖3 220 kV大城Ⅱ路電纜線路外護層接地電流突變情況

2016年8月5日運維人員現場實測B相外護層接地電流值為102.2A（運行電流為552A），較8月1日測得的57.5A（運行電流為467A）增幅達77%。

2 初步原因分析

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

圖4 B相局放檢測結果（中心頻率2MHz）

圖5 B相局放檢測結果（中心頻率4MHz）

圖6 B相局放檢測結果（中心頻率8MHz）

2.2 2016年1月26日后，三相護層接地電流突變，不平衡度增加。查找線路故障情況后發現，2016年1月 26日16時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，故判斷220 kV大城Ⅰ路故障，短路電流流過接地網，導致接地網電位升高，進而使220 kV大城Ⅱ路金屬護層電位升高，使外護層絕緣薄弱處擊穿，導致多點接地，三相護層電流突變，不平衡度增加。

2.3 2016年8月3日發現的B相電纜異響及8月1日～8月5日實測外護層電流值突變，判斷B相電纜存在局部放電。

3 檢查情況

3.1 保護接地箱檢查情況

2016年8月4日，為判斷護層保護器是否損壞，運維人員對220 kV大城Ⅱ路站內電纜終端頭接地箱內的護層保護器兩端電壓進行測量，A、B、C三相保護器兩端電壓分別為24.4V、20.5V、24.1V，遠大于零，保護器正常。

圖7 接地電纜（靠近法蘭處）焊接至終端塔平臺結構圖

3.2 B相電纜局放檢測情況

2016年8月5日，運維人員對220 kV大城II路B相進行局放檢測，通過電纜局放結果，作為判斷B相電纜是否發生兩點或多點接地提供判據。試驗結果表明B相電纜運行正常，未發生局部放電。

3.3 電纜本體巡視及檢測

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

4 缺陷原因分析

4.1 外護層接地電流值異常原因分析

經過以上三個部分排查，發現排查結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，發現一處基建遺留缺陷可能是誘因。

220 kV大城Ⅱ路竣工投產前，運維班組在驗收過程中發現，三相電纜終端接地電纜（靠近法蘭處）焊接至終端塔平臺，如圖7。

8月5日，運維人員利用局放設備自帶的柔性電流互感器（柔性CT變比為10 uV/ A）,對金屬護套引出端、平臺焊接點和接地線三處測量電流值，結果如表1所示。

表1 金屬護套引出端、平臺焊接點和接地線三處測量電流值

通過對平臺網格進行測量，在每個網格中可測得大小在2A左右的電流值。

檢測結果顯示三相電纜外護層接地電流在1.4-2.5A，與電容電流值吻合。日常維護過程中接地電纜上測得的電流值實際上為三相電纜外護層接地電流與平臺流向接地電纜的電流的疊加，且后者遠大于前者，故三相電纜終端接地電纜（靠近法蘭處）焊接至終端塔平臺這一基建遺留缺陷是三相電流產生“偽異常”的原因。

在確定異常原因后，運維人員進一步對大城Ⅱ路電纜金屬護套引出端與平臺焊接處進行紅外測溫，三相焊接處溫度分別為39.3℃、42.6℃、34.8℃，結果顯示在焊接點處溫度大于周邊材料溫度，進一步驗證了該處有較大電流匯集，導致金屬材料發熱集中。

4.2 接地線接地電流值突變原因分析

由于三相接地線實際測到的值為三相電纜外護層接地電流與平臺流接地電纜的電流的疊加，且后者遠大于前者，故引起突變的主要因素為平臺流向接地電纜的電流。從外護層接地電流歷史數據可以看出，2016年1月26日前后的外護層接地電流數值發生突變，即平臺流向接地電纜的電流發生突變。

如圖8、圖9所示，在護層保護器端產生感應電勢Es1，金屬護套回路阻抗為Z1，平臺上感應電勢為Es2，平臺金屬構件等效阻抗為Z2，接地電纜等值阻抗為Z3，接地電纜電流I3即為護層電流I1與平臺網格電流I2的向量和。因三相的感應電勢和電路阻抗不完全相等，導致三相接地電纜電流值產生差異。

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，短路電流引起平臺接地阻抗突變，進而導致平臺流向接地電纜的電流發生突變，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三相電纜外護層接地電流值正常，故可以進一步判斷B相電纜異響不屬于局部放電發出的。對此，運維人員拆除B相運行電流在線監測裝置配套的電流互感器以進一步判斷。在拆除電流互感器過程中，發現異響聲產生變化，經過多點觀察，在電纜支架上發現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行產生的電動力和在線監測CT飽和引起的振動使螺栓松動，與支架碰撞后產生的持續性尖銳聲。異響原因的判定也進一步排除了B相兩點或多點接地的可能性。

5 改進措施

5.1 在設計及施工階段，應避免電纜終端接地電纜與地電位存在兩個連接點，尤其是塔身與接地電纜存在第二個連接點。

5.2 在電纜金屬支架、金屬護套引出端、平臺焊接點等區域測量接地電流時，因空間有限無法利用現有的鉗型電流表進行測量，轉而利用局放設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。今后在運維過程中應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時，當一回線路故障后應及時進行接地電阻測量，查看接地電阻是否發生變化。

6 結論

本文從一起電纜外護層接地電流偽異常缺陷入手，通過現場查找、帶電檢測和技術分析等手段，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計不當，導致外護層接地電流“偽異常”。

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