某水電站高壓單芯電纜發熱問題的處理

李世太

（甘肅電投炳靈水電開發有限責任公司，甘肅 永靖 731600）

0 引言

某電站安裝5臺單機容量為48 MW的燈泡貫流式水輪發電機組，機組中性點通過接地變接地。電站“發電機—變壓器側”采用兩組（2#、3#機組和2#主變為一組，4#、5#機組和3#主變為一組）“兩機一變”擴大單元接線及一組（1#機組和1#主變為一組）“一機一變”單元接線。發電機出口電壓為13.8 kV，1#、2#主變為兩卷變，高、低壓側電壓等級分別為330 kV、13.8 kV；3#主變為三卷變，高、中、低壓側電壓等級分別為330 kV、110 kV、13.8 kV。“330 kV側”采用單母接線方式，“110 kV側”采用“變壓器-線路組”接線方式。電站330 kV出線1回，110 kV出線1回，共兩級電壓接入系統（見圖1）。

圖1 某電站主接線示意圖

該電站發電機定子引出線采用銅排，經機組豎井引至豎井口， 在豎井口與12根（4根/相）高壓單芯電纜連接，高壓單芯電纜通過電纜橋架引至機組出口高壓開關柜。電纜敷設路徑為：機組豎井出口-電纜夾層-電纜豎井-電纜廊道-機組出線高壓開關柜，電纜敷設長度約150 m，敷設高度差約25 m。高壓單芯電纜為交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，型號為YJV-18/20 kV1×500。12根高壓單芯電纜敷設在兩層橋架上，每一層橋架上敷設6根。發電機及其出口高壓單芯電纜主要參數分別見表1、表2。

表1 發電機基本參數

電站機組投入運行后初期，由于電纜溫度過高，一旦機組負荷超過額定負荷的80%時經常報“定子單相接地故障”。本文對該故障的發生根源進行分析，并提出處理措施。

1 故障及分析

該電站在初期運行期間，2#機組報“定子單相接地故障”，電站運行人員檢查發現2#機組段有焦糊味，馬上緊急停機。該機組“定子單相接地故障”報警前后主要參數見表3。

表3 接地前后發電機主要參數

停機后電站安排檢修人員檢查2#機組頂、轉子繞組絕緣正常，檢查2#機組出口開關柜絕緣正常，檢查2#機組保護裝置及回路未見異常。檢查2#機組出口高壓單芯電纜，發現該機組A相有1根電纜在兩處有不同程度的絕緣受損，一處在運行層電纜廊道轉彎處，電纜絕緣層鼓包、破損，受損段電纜長約1.5 m；另一處在電纜夾層水平段，電纜絕緣層有鼓包，但沒有破損，鼓包段電纜長約3 m，該機組出口其余11根電纜未見異常。

檢查電站當時處于發電運行狀態的1#機組出口高壓單芯電纜，發現在電纜夾層水平段有1根電纜在長約3 m范圍內絕緣層有輕微的鼓包，用遠紅外測溫儀測量，鼓包處電纜溫度最高為73℃（當時環境溫度約8℃）；1#機組出口其余電纜各處未見異常，電纜外護套溫度略高于環境溫度。檢查電站其它機組出口電纜未發現異常。

針對該電站機組出口高壓單芯電纜絕緣受損這一問題，該電站組織相關技術人員現場檢查分析，重點對2#機組出口電纜敷設及受損情況進行了全面檢查，對受損電纜段取樣進行檢測分析。測量受損電纜段電纜線徑、重量、直阻等基本參數符合要求，沿電纜敷設路徑檢查，發現電纜在橋架內敷設比較亂，局部存在交叉、三層排列的情況，另外該電站機組出口電纜為1Φ500，轉彎半徑大，由于電站廊道空間所限，轉彎半徑不夠。結合現場檢查情況綜合分析，初步認為引起該電站1#、2#機組出口高壓單芯電纜絕緣受損的主要原因是由于電纜敷設不夠規范，運行時電纜局部長期過熱，最終導致電纜在薄弱處鼓包甚至破裂。

根據文獻[1]要求：“未呈品字形配置的單芯電力電纜，有兩回線及以上配置的同一通路時，應計入相互影響。”兩回線及以上配置的電力電纜并列敷設，由于電磁感應，會相互影響，電纜的阻抗增大，通流能力降低。隨著電纜電流增加，影響會越來越大（在電纜橋架上無間距配置多層并列電纜時載流量的修正系數見表4）。

表4 在電纜橋架上無間距配置多層并列電纜時載流量的修正系數

結合現場電纜的在橋架內局部有三層敷設的情況以及橋架特點（橋架底部鋪設有防火隔板），取修正系數0.5，根據表2、表4參數，該電站機組出口4根（每相）高壓單芯電纜并列運行的載流量修正值估算為：875×0.5×4=1750A。

從表1看出該電站機組額定電流為2113.9A，修正后該電站機組出口電纜的載流量不能滿足機組的額定電流要求。

該電站#2機組故障時的出力為34 MW，電流約1500A左右，從式(1）可以看出當時的電纜載流量應該能夠滿足機組負荷要求。因此分析認為2#機組出口高壓單芯電纜在較大負荷（額定負荷附近）運行時，由于電纜局部存在交叉、三層敷設的情況，載流量降低，電纜長時間過負荷，超過電纜允許溫度90℃沒有及時發現并采取措施，2#機組報“單相接地故障”前該機組出口電纜絕緣已經受損，機組長時間運行，電纜持續溫度較高，導致在該電纜絕緣薄弱點破裂，造成該機組單相接地。

2 處理方法

根據文獻[2]要求：高壓單芯電纜敷設“除了充油電纜和水底電纜外，單芯電纜的排列應盡可能組成緊貼的三角形”。

針對該電站1#、2#機組出口高壓單芯電纜出現的問題以及現場分析結果，該電站組織對1#、2#機組損壞電纜予以更換，并按照緊貼的三角形方式敷設。新的敷設方式如下:12根電纜敷設在底部有防火隔板的雙層橋架上，每層橋架敷設6根電纜，A、B、C相各2根電纜，6根電纜分2組，A、B、C相各 1根電纜組成一組，三葉形（品字形）排列，兩組的間距盡可能最大，調整后電纜在橋架內沒有交叉的情況，電纜敷設調整前后見圖2。

圖2 電纜敷設圖

參照文獻[3]的規定，單芯電纜多回路成組應校正，校正系數見表5。

表5 單芯電纜多回路成組校正系數

該電站機組出口高壓單芯電纜有四回路，參照表5校正系數取0.80，重新排列后該電纜四根并列的載流量估算為：875×0.80×4=2800A。

從式（2）可以看出，重新敷設的電纜完全可以滿足機組額定電流2113.9A的要求。

該電站2#機組電纜重新敷設后，該電站加強2#機組出口電纜溫度的監測巡視，經過約3個月的密切跟蹤監測，在機組不同負荷下，電纜溫度均沒有超過50℃，具體見表6。

表6 2#機組不通負荷下出口高壓電纜溫度

該電站通過2#機組出口高壓單芯電纜絕緣受損問題的有效處理，后續擇機對其他機組出口電纜進行了重新敷設，截止目前該電站5臺機組電纜運行正常，在機組不同負荷下，機組出口電纜溫度均未超過50℃。

3 結語

實踐證明，高壓單芯電纜有兩回線及以上配置的同一通路時，在敷設時，最好采用緊貼的三葉形（品字行）排列，這樣電纜的載流量受敷設方式的影響較小，否則應充分考慮敷設方式對電纜載流量的影響，該電站高壓單芯電纜的敷設方式調整值得類似電纜敷設借鑒。