摘要：單芯高壓電纜多采用保護器對電纜護層絕緣進行過電壓保護，本文對高壓電纜護層保護器的性能及選擇應(yīng)用進行了分析，結(jié)合一起護層保護器預(yù)試不合格案例，采用試驗、解剖方法對其進行了研究，發(fā)現(xiàn)運行中的保護器不合格原因主要由受潮引起，并對保護器的檢驗安裝給出建議。

關(guān)鍵詞：護層保護器；氧化鋅；過電壓

隨著城市電網(wǎng)建設(shè)加快，高壓電纜線路輸電也朝著大長度、高負荷方向發(fā)展。為限制單芯高壓電纜護層多種形式的過電壓，通常采用交叉互聯(lián)加護層保護器方式對護層絕緣進行保護。由于材料和制造工藝發(fā)展進步，以氧化鋅閥片作為保護元件的護層保護器具有無串聯(lián)間隙、保護特性好、優(yōu)良的伏安特性等優(yōu)勢，并得到廣泛應(yīng)用。但從實際運行情況來看，保護器經(jīng)過一段時間的運行后不合格率偏高，失去了過壓保護效果，對電纜安全運行存在隱患。因此，需要從保護器性能、設(shè)計選擇到安裝應(yīng)用、檢修等方面進行分析，提高保護器運行可靠性。

1 電纜護層保護器的性能

1.1 單芯電纜金屬護層過電壓

單芯電纜線芯中交變電流產(chǎn)生的磁場，磁場產(chǎn)生的磁鏈不僅和線芯相鏈，也和金屬屏蔽層及鎧裝層相鏈，必然會在電纜金屬屏蔽和鎧裝層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。考慮到人身安全，電力安全規(guī)程規(guī)定，交流單相電纜的金屬護層都必須直接接地，且在金屬護套上任一點非接地處的正常感應(yīng)電壓在未采取不能任意接觸金屬護套的安全措施時不得大于50V。此時，如果將鋁護套兩端接地，則鋁護套上將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達線芯電流的50%-95%，使得鋁護套發(fā)熱，降低電纜輸送容量，最大可達60%-70%，并加速電纜的老化，因此，單芯電纜不應(yīng)兩端接地。

當(dāng)鋁護套或金屬屏蔽層有一端不接地后，接著帶來的問題是：當(dāng)雷電波或內(nèi)過電壓沿線芯流動時，電纜鋁護套或金屬屏蔽層不接地端會出現(xiàn)很高的沖擊電壓；在系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流流經(jīng)線芯時，電纜鋁護套或金屬屏蔽層不接地端也會出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓。當(dāng)電纜外護層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時，就會出現(xiàn)多點接地，形成環(huán)流。為了降低電纜鋁護套對地的過電壓，常在金屬護套不接地端與大地之間裝設(shè)護層保護器。

1.2 護層保護器的性能要求

護層保護器在正常工作條件下呈現(xiàn)很大的電阻，以保證電纜護套在單點互聯(lián)接地狀態(tài)下工作。當(dāng)雷電波和內(nèi)過電壓波進入電纜線芯，不接地端的護套出現(xiàn)較高電壓時，保護器卻呈現(xiàn)較小的電阻，是電流較容易經(jīng)保護器泄入大地，此時保護器不應(yīng)損壞，同時不接地端又應(yīng)恢復(fù)呈現(xiàn)高阻。當(dāng)然還要求保護器的殘壓應(yīng)小于電纜護層沖擊絕緣水平，這樣保護器才能起到保護電纜護層絕緣的作用。

同時還應(yīng)注意，在工頻短路時金屬護套的不接地端或絕緣接頭的兩端也會出現(xiàn)較高的工頻電壓。當(dāng)接有保護器時，這一工頻過電壓也將作用在保護器上，工頻過電壓存在的時間很短，通常按線路后備保護動作時間考慮，這樣就要求保護器在這段時間內(nèi)能承受這一工頻電壓而不損壞。保護器耐受工頻過電壓的能力用規(guī)定時間下的耐壓值（例如2s或4s工頻耐壓值）表示。

保護器的保護性能通常用殘工比K表示。

殘工比

保護器的殘工比K越小，其性能越好，理想的護層保護器殘工比K= 。早期的保護器采用的是碳化硅閥片，它的殘工比約為4.5左右。1985年后改用氧化鋅閥片，它的殘工比為2.75，顯然比前者優(yōu)異的多。

2 電纜護層保護器的選擇及連接要求

2.1 保護器的選擇

電纜護層保護器是由非線性限流元件、金屬電極和硅橡膠外絕緣構(gòu)成，其絕緣水平、保護效果取決于電氣參數(shù)設(shè)計和優(yōu)化選取。護層保護器的參數(shù)選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）可能最大沖擊電流作用下的殘壓，不得大于電纜護層的沖擊耐壓被1.4所除數(shù)值；

（2）可能最大工頻過電壓的5s作用下，應(yīng)能耐受；

（3）可能最大沖擊電流累積作用20次后，保護器不得損壞；

（4）保護器閥片數(shù)由護層所受工頻過電壓確定，保護器閥片數(shù)為：

式中m—保護器閥片數(shù)；Us—護層工頻過電壓值，kV；U’—單片閥片所能承受的工頻電壓值，kV。

2.2電纜金屬護套與保護器連接的要求

（1）連接線應(yīng)盡量短，宜在5m內(nèi)且采用同軸電纜；

（2）連接線應(yīng)與電纜護層的絕緣水平一致；

（3）連接線的截面，應(yīng)滿足最大電流通過時的熱穩(wěn)定要求。

3 電纜護層保護器的運行情況

目前，廣州地區(qū)運行的110kV及以上電纜線路基本都是采用氧化鋅保護器。自1985年第一條110kV投運以來，電纜線路所采用的保護器廠家眾多，產(chǎn)品質(zhì)量及外形規(guī)格參差不齊，給高壓電纜的安全運行帶來隱患。

從廣州地區(qū)多年的高壓電纜運行經(jīng)驗來看，基本每次的預(yù)防性試驗均發(fā)現(xiàn)有保護器不合格的現(xiàn)象?，F(xiàn)將廣州一起110kV高壓電纜線路國產(chǎn)保護器試驗不合格的案例與大家分享。110kV電纜線路于2009年7月投產(chǎn)，在2012年2月進行的交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗中，三個互聯(lián)段共18個保護器，試驗結(jié)果有16個不合格。取回7個不合格保護器采取干燥后再進行絕緣電阻測量、U1ma電壓測量、I0.75U1ma泄漏電流測量，結(jié)果如表1：

從上述試驗結(jié)果可以看出，1-3號保護器經(jīng)過干燥后試驗合格，4號保護器氧化鋅伏安特性不滿足要求，5-7號保護器干燥后試驗仍不合格。然后我們對5號保護器進行解剖分析，解剖發(fā)現(xiàn)保護器存在以下幾個問題：

（1）金屬連接部位與外絕緣之間存在明顯間隙（見圖1），導(dǎo)致水分可以輕易進入保護器內(nèi)部；

（2）保護器環(huán)氧層有明顯裂縫（見圖2）；

（3）保護器環(huán)氧層內(nèi)部發(fā)生氧化且有水跡（見圖3），水分已進入保護器內(nèi)部。

通過干燥、試驗、解剖分析可知，保護器不合格主要原因是進水受潮。受潮到一定程度，內(nèi)部構(gòu)件受到侵蝕，改變保護器高壓保護特性；同時發(fā)生沿氧化鋅閥片表面的放電，使阻性泄漏電流增加，嚴(yán)重情況下會引起保護器爆炸。護層保護器通常安裝在接地保護箱內(nèi)，結(jié)合實際運行情況可知，引起保護器受潮有如下幾個原因：

（1）互聯(lián)箱內(nèi)浸水。按照互聯(lián)箱的技術(shù)要求，互聯(lián)箱浸泡在1米深的水中不應(yīng)該浸水。從密封膠圈本身來看，這么短的運行時間，應(yīng)該還不會發(fā)生老化，互聯(lián)箱進水原因可能是同軸電纜與互聯(lián)箱之間的防水處理不好，或者互聯(lián)箱蓋的螺栓未收緊；

（2）保護器自身沒有任何防水措施，一旦互聯(lián)箱進水，就可能導(dǎo)致保護器損壞；

（3）互聯(lián)箱平放導(dǎo)致箱內(nèi)積水無法自行排出，長期積水導(dǎo)致保護器損壞，甚至導(dǎo)致箱內(nèi)連接板發(fā)熱。

為了確保護層保護器功能長期穩(wěn)定，必須做好保護器的受潮防護。相應(yīng)的可以從如下幾個方面采取措施：

（1）選用合格的保護器，嚴(yán)格進行到貨檢驗，確保金屬連接部位與外部絕緣之間保持整體性，密封良好。

（2）對安裝保護器的互聯(lián)箱結(jié)構(gòu)進行檢查，進線和出線防水處理施工工藝要到位，

（3）互聯(lián)箱密封圈和蓋體安裝到位，避免螺栓緊固和膠圈受力不平衡。

（4）有條件情況下，附井內(nèi)的互聯(lián)箱保持豎向懸掛安裝，避免井底打平放置。安裝互聯(lián)箱的附井排水通暢，避免互聯(lián)箱長期浸水。

4 結(jié)束語

電纜護層保護器對降低護套過電壓，保證電纜大容量、可靠輸電有重要意義。隨著技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)護層保護器的性能也在不斷的提高，但是在一些加工制作細節(jié)方面仍有提高的空間。另外，也存在一些問題有待于研究和討論。例如：電纜護層保護器使用至今，運行維護方面的資料和經(jīng)驗還很少，國內(nèi)目前還沒有統(tǒng)一的或推薦性的運行維護標(biāo)準(zhǔn)，用1000V兆歐表6年一次的絕緣電阻檢測能否充分判定護層保護器的運行狀況？保護器運行若干年后是否應(yīng)該拿到實驗室進行類似出廠試驗的試驗？諸如此類，都有待進一步在以后的運行實踐中考證和規(guī)范。

參考文獻：

[1] Q/CSG11402-2001.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程[Q]。

[2] GB50217-1994.電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 江日洪.交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路[M].北京.中國電力出版社。

[4] 卓金玉.電力電纜設(shè)計原理[M].北京.機械工業(yè)出版社