劉戰(zhàn)平

(湖南省水運建設(shè)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(zhàn)平

(湖南省水運建設(shè)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(cè)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(yīng)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(nèi)，是湖南省水運建設(shè)投資集團有限公司在湘江流域進行梯級開發(fā)的第2級電站，是一種日調(diào)節(jié)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(wǎng)。電站110 kV升壓系統(tǒng)采用室外開關(guān)站布置，其電能輸出方式為：經(jīng)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(guān)站母線。水電廠及開關(guān)站接地網(wǎng)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(dāng)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(xiàn)感應(yīng)電壓。

感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，當(dāng)電纜較長時，護套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度。當(dāng)線路發(fā)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(yīng)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(lián)接地，則鋁包或金屬屏蔽層將會出現(xiàn)很大的環(huán)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(fā)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(dǎo)致電纜的護套著火，因此單芯電纜不應(yīng)兩端接地。

1 故障現(xiàn)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(cè)電纜進行預(yù)防性試驗時，發(fā)現(xiàn)1號主變高壓側(cè)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(chǎn)品，電纜終端使用的是進口阿爾斯通設(shè)備。1998年在現(xiàn)場安裝時，由外方供貨人員現(xiàn)場指導(dǎo)敷設(shè)，電纜終端由外方技術(shù)人員安裝。當(dāng)初，外方技術(shù)人員要求電纜雙端金屬護套屏蔽層直接接地，設(shè)計方水電設(shè)計院也采納了外方技術(shù)人員的建議。在安裝完成設(shè)備投運后，安裝施工單位和業(yè)主沒有對高壓電纜接地環(huán)流進行現(xiàn)場檢測。2013年，大源渡水電站維護技術(shù)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(shè)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(xiàn)場實測接地電流看出，該站110 kV高壓電纜運行時，接地環(huán)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(dǎo)致接線鼻子過熱燒損。

3 改進措施

根據(jù)現(xiàn)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(yīng)過電壓的問題。若絕緣配合未選好，當(dāng)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(xiàn)很高的沖擊電壓。在發(fā)生短路時，短路電流流經(jīng)線芯，電纜鋁包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過電壓而損壞時，將導(dǎo)致出現(xiàn)多點接地，形成環(huán)流。

因此，當(dāng)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(jīng)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(shè)護層電壓限制器，以防止電纜護層絕緣被擊穿。結(jié)合該站110 kV進口高壓單芯聚氯乙烯(XLPE)電纜的參數(shù)特性，選擇了電纜護層電壓限制器的參數(shù)，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(huán)流得到了有效控制，將接地線也相應(yīng)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(xiàn)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(yù)期的改造效果。

表1 電纜護層電壓限制器的參數(shù)

4 結(jié)束語

由于電力科技的飛速發(fā)展，高壓電纜在電力生產(chǎn)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(jù)現(xiàn)場的實際情況選擇不同的接地方式，不能全憑經(jīng)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(huán)流與現(xiàn)場的敷設(shè)方式、電纜的總長度、負荷電流的大小、現(xiàn)場地網(wǎng)接地電阻值等都有關(guān)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(shù)指標必須在設(shè)計范圍內(nèi)，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

2014-09-25；

2014-11-28。

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