一起110kV電纜保護(hù)器故障的分析與處理

引言

110kV群鳳甲線全長3.6km,共分為6段,由兩個交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)組成。2014年12月檢測到線路首段和三號接頭井環(huán)流出現(xiàn)異常,初步判斷是首段交叉互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生異常,由于電纜路徑上無外力破壞痕跡,故判斷是某保護(hù)器發(fā)生故障,進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)流出現(xiàn)異常。

111kkV電纜保護(hù)器故障的危害與案例分析

1.1危害

對于長距離電力電纜線路,普遍采用金屬護(hù)層交叉互聯(lián)換位的方式以降低感應(yīng)電壓。在交叉互聯(lián)系統(tǒng)中,保護(hù)器故障可能引起三相參數(shù)不平衡,造成感應(yīng)電壓大,直接導(dǎo)致感應(yīng)電流大,其數(shù)值可能超過電纜允許的載流量,從而增加線損,還會引起局部溫度升高,造成擊穿熱熔現(xiàn)象。

1.2案例分析

1.2.1原理

根據(jù)歐姆定律,可知影響環(huán)流的因素主要有:線芯負(fù)荷、電纜段數(shù)及長度、電纜的排列形式、接地電阻、鋁護(hù)套的接地方式以及保護(hù)器參數(shù)。110kV群鳳甲線為純電纜線路,目前已判斷出是第一段交叉互聯(lián)系統(tǒng)中的某保護(hù)器發(fā)生故障接地,導(dǎo)致環(huán)流異常。本次測試段交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)保護(hù)箱類型如圖1所示。

如果系統(tǒng)內(nèi)某一保護(hù)器發(fā)生接地故障,則會出現(xiàn)金屬護(hù)套三段換位連接,如圖2所示,具體原理如下:

從送電側(cè)到受電側(cè),將接地箱分別劃分為1號、2號、3號、4號接地箱,其中1號、4號是直接接地箱,2號、3號是保護(hù)接地箱。

當(dāng)護(hù)層保護(hù)器正常情況下處于斷開狀態(tài),三相參數(shù)平衡。如果護(hù)層保護(hù)器被擊穿,則呈導(dǎo)通狀態(tài),以2號箱A相保護(hù)器擊穿為例,相當(dāng)于圖2中a1點呈地電位。此時IA段電纜金屬護(hù)套兩端接地,根據(jù)歐姆定律,電阻呈幾何級數(shù)減小,則感應(yīng)電流呈幾何級數(shù)增大。IA、ⅡC、ⅢB電纜三相參數(shù)平衡被破壞,這時ⅡC、ⅢB段存在電壓矢量,因而IC、ⅢB段金屬護(hù)套內(nèi)環(huán)流增大。而IB、ⅡA、ⅢC和IC、ⅡB、ⅢA三相參數(shù)平衡維持原狀,所以金屬護(hù)套內(nèi)環(huán)流變化不大。以下用箱號跟相序縮寫(如1號接地箱A相縮寫為1A）直觀表達(dá)環(huán)流變化規(guī)律,分析可知,2A保護(hù)器導(dǎo)通會導(dǎo)致1A、2A、2C、3B、3C、4B環(huán)流增加。2B保護(hù)器導(dǎo)通會導(dǎo)致1B、2A、2B、3A、3C、4C環(huán)流增加。2C保護(hù)器導(dǎo)通會導(dǎo)致1C、2B、2C、3A、3B、4A環(huán)流增加。3A保護(hù)器導(dǎo)通會導(dǎo)致1B、2A、2B、3A、3C、4C環(huán)流增加。3B保護(hù)器導(dǎo)通會導(dǎo)致1C、2B、2C、3A、3B、4A環(huán)流增加。3C保護(hù)器導(dǎo)通會導(dǎo)致1A、2A、2C、3B、3C、4B環(huán)流增加。

實際上,由于符合電流與環(huán)流相互感應(yīng)原理,故一個交叉互聯(lián)箱內(nèi)任何一個保護(hù)器呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài),該系統(tǒng)中的4個接地箱的三相環(huán)流都發(fā)生變化,只是此種變化幅度可以忽略,我們在此只是從理論上分析這種可能性,并關(guān)注環(huán)流異常增大或減小的現(xiàn)象。

1.2.2測試

根據(jù)以上原理,對第一段交叉互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)流測試,在110kV群鳳甲線的測試段內(nèi),交叉互聯(lián)接地箱內(nèi)采用的是同軸線芯電纜,故測試交叉互聯(lián)系統(tǒng)時可能存在線芯內(nèi)層電流與外層電流的疊加或抵消作用,由于交叉互聯(lián)的目的是通過三相參數(shù)的平衡來抑制環(huán)流的產(chǎn)生,故二相參數(shù)在一個保護(hù)箱內(nèi),我們認(rèn)為這兩種電流起到疊加作用,可以直接測量同軸線芯的環(huán)流數(shù)據(jù),測量結(jié)果如表1所示。

通過對比發(fā)現(xiàn),1號接地箱A相增大,B相、C相正常:2號接地箱A相、C相增大,B相正常:3號接地箱B相、C相增大,A相正常:4號接地箱B相增大,A相、C相正常。故可判斷是2號接地箱內(nèi)A相保護(hù)器出現(xiàn)問題,需要更換。

1.2.3效果驗收

更換A相保護(hù)器后重新測量環(huán)流得出以下結(jié)果:三相環(huán)流明顯降低,但三相參數(shù)仍不對稱,這可能與群鳳甲線電纜施工分段長度不一、各段排列不均勻等因素有較大關(guān)系,但環(huán)流抑制在負(fù)荷電流的10%以內(nèi),故可以判斷交叉互聯(lián)系統(tǒng)恢復(fù)正常。

2誤差分析與任務(wù)規(guī)劃

對于采用交叉互聯(lián)方式接地的電纜,一般通過現(xiàn)場測試與數(shù)據(jù)對比查找保護(hù)器故障,為了提升結(jié)果的準(zhǔn)確度,測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、測試儀器的準(zhǔn)確度等級、儀器的檢定與保養(yǎng)顯得至關(guān)重要,測試數(shù)據(jù)不真實,會導(dǎo)致環(huán)流的異常狀態(tài)無法在數(shù)據(jù)中體現(xiàn):測試儀器的準(zhǔn)確度等級不足,則無法滿足數(shù)據(jù)所需要的精度等級:儀器的檢定與保養(yǎng)不到位,則測試的數(shù)據(jù)不可采用。此外,可以開發(fā)一種在線檢測裝置,實時檢測接地箱環(huán)流,通過對比環(huán)流數(shù)據(jù)判定保護(hù)器故障發(fā)生的位置,便于運維管理。

3結(jié)語

研究表明,電纜保護(hù)器主要用于防止過電壓在金屬護(hù)套上產(chǎn)生過高的感應(yīng)電壓,一旦保護(hù)器失效會引起護(hù)層環(huán)流異常,因此,對運行維護(hù)中的高壓單芯電纜護(hù)層環(huán)流異常情況進(jìn)行分析具有指導(dǎo)意義。建議電纜運維單位重視交叉互聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流異常狀況,普查電纜線路健康狀況,進(jìn)一步提高電纜線路的運行效率。