李 璐,何 欽

(國網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司,武漢 430064)

0 引言

夏季是我國用電高峰季節(jié),隨著氣溫的升高,電網(wǎng)的用電負(fù)荷也逐漸攀升,隨之而來的是電力設(shè)備的負(fù)載電流增加。設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時間長,溫度升高將會導(dǎo)致故障率急劇升高,需嚴(yán)控各種設(shè)備的檢查,為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障[1-2]。

在設(shè)備溫控檢查過程中時常發(fā)現(xiàn)電纜存在發(fā)熱現(xiàn)象,如果不及時排除故障,會導(dǎo)致電纜長期運(yùn)行時絕緣電阻下降,壽命減少,嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)因相間短路造成跳閘,故必須對電纜線路的發(fā)熱原因進(jìn)行分析,加以解決[3]。以某變電站35 kV低壓測CT端子箱中的電纜接頭發(fā)熱現(xiàn)象為例,介紹了該端子箱內(nèi)電纜接頭發(fā)熱現(xiàn)象的具體表現(xiàn),分析原因,提出相應(yīng)的解決方案,獲得了滿意的解決效果,由此提出相應(yīng)的合理化建議,減少發(fā)熱缺陷發(fā)生次數(shù),這對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的作用[4]。

1 理論分析

電纜線接地端子發(fā)熱屬于電流致熱型發(fā)熱。按照焦耳定律,正常運(yùn)行時,電纜中流過的電流通過接地端子時將產(chǎn)生熱能,其接觸點溫升理論計算公式為[5-6]:

(1)

式中,τ為接地端子溫升,I為正常運(yùn)行時電纜電流,Rj為接地端子接觸電阻,L為勞倫茨常數(shù),T為接觸點的絕對溫度。由于L和T是常量,由式(1)可知,電纜接地端子溫升τ取決于電纜電流I與接地端子接觸電阻Rj。

畢奧-薩伐爾定律給出了通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場大小計算方法,磁場強(qiáng)度B與導(dǎo)線上的電流I成正比,在帶電水平導(dǎo)線的每一小段的磁場強(qiáng)度計算公式為[7-8]:

(2)

式中,常量C=μ0/4π=10-7。

電纜設(shè)備感應(yīng)電的電流關(guān)系表達(dá)式:

(3)

式中,r為曲面導(dǎo)線的總電阻;S為曲面。

電纜線發(fā)熱是正常工作過程中不可避免的,但過高的溫度會對電線電纜產(chǎn)生非常大的危害,導(dǎo)致電線熔斷、短路等情況,故正確了解電線電纜發(fā)熱情況、把握合適的溫度范圍,對于確保線路安全穩(wěn)定至關(guān)重要。

電纜線的發(fā)熱在安全范圍內(nèi)是正?，F(xiàn)象。在正常條件下,電纜線的溫度在20 ℃～30 ℃。在高溫環(huán)境或負(fù)載功率過大時,電纜線會增加發(fā)熱溫度。對于一般家庭或辦公環(huán)境中的電纜線,其發(fā)熱溫度應(yīng)控制在50 ℃以下,當(dāng)電纜線溫度超過70 ℃或更高時,需引起注意,及時檢查原因并給予必要的維護(hù)。

當(dāng)電纜線溫度超過正常值時,可能會出現(xiàn)線路老化、絕緣損壞,甚至可能引起火災(zāi)等危險情況。需采取一定的預(yù)防措施,監(jiān)測電纜發(fā)熱情況。常見的監(jiān)測方法是使用紅外線熱成像儀對電纜線發(fā)熱情況進(jìn)行監(jiān)測分析,以便及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并提前進(jìn)行處理。

對于電力用途等一些環(huán)境要求較高的場景,需采取一些專業(yè)的措施來確保電線電纜發(fā)熱在正常范圍內(nèi),如使用高質(zhì)量的電纜線、保證線路正常運(yùn)行、嚴(yán)格按照安全規(guī)定使用等。準(zhǔn)確了解電纜線發(fā)熱的正常溫度范圍并采取合適的措施維護(hù)電纜線的狀態(tài)有助于保障電路的安全及穩(wěn)定運(yùn)行。

2 CT端子箱電纜發(fā)熱故障分析

某變電站運(yùn)行人員進(jìn)行紅外測溫時發(fā)現(xiàn),35 kV某低壓側(cè)CT端子箱內(nèi)電纜接頭發(fā)熱至133 ℃,電纜屏蔽地線與箱內(nèi)二次銅排連接處發(fā)熱至77 ℃,端子箱二次接地銅線上的電流為38.9 A。

斷開該開關(guān)后,檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)熱電纜為1-1 L電抗器保護(hù)CT電纜,電纜接頭處外皮有燒融痕跡,保護(hù)屏側(cè)電纜接頭處無發(fā)熱。如圖1所示。

檢修人員到達(dá)現(xiàn)場對發(fā)熱電纜進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn),電纜屏蔽地線在二次銅排的連接處有斷股現(xiàn)象,導(dǎo)致此處電阻增大而發(fā)熱。對燒融的電纜外皮進(jìn)行清理后發(fā)現(xiàn),屏蔽地線為焊接在電纜鎧層上,而屏蔽層銅箔及銅絲未連接地線。

現(xiàn)場對一、二次接地情況進(jìn)行檢查,端子箱內(nèi)二次銅排由絕緣支柱固定在箱體上,經(jīng)一根截面積為100 mm2的接地線接至電纜溝內(nèi)二次銅排上,溝內(nèi)二次銅排與一次構(gòu)架及地網(wǎng)之間均為焊接連接,端子箱體焊接在CT支柱上,分別經(jīng)接地扁鐵連接至主地網(wǎng),連接情況如圖2所示。

圖2 端子箱接地示意Fig.2 Terminal box grounding diagram

該站電抗器為三相干式電抗器,正常運(yùn)行時空間中磁場較大,在地網(wǎng)與箱體接地扁鐵構(gòu)成的環(huán)路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,如圖2中回路1所示,投入相鄰正常的1-2 L電抗器后,測量箱體的接地扁鐵上流過電流為13 A,端子箱接地線上電流基本為零,說明正常情況下,箱體由于電磁感應(yīng)會產(chǎn)生感應(yīng)電勢,與主地網(wǎng)之間存在電勢差,其所引起的感應(yīng)電流應(yīng)通過接地扁鐵流入主地網(wǎng),不應(yīng)流經(jīng)二次接地線。

對發(fā)熱電纜的發(fā)熱點進(jìn)行分析,在對受損電纜接地端燒融外皮進(jìn)行清理后發(fā)現(xiàn),屏蔽地線與電纜鎧層焊接處凸起較高,外側(cè)僅有一層紅色熱縮套管保護(hù),而接頭處又用扎帶綁接在箱體構(gòu)架上,如圖1所示。在長期運(yùn)行過程中,凸起處持續(xù)磨損熱縮套管導(dǎo)致其破損,與箱體(即一次地)導(dǎo)通,從而形成經(jīng)過二次銅排、接地線及鎧層的感應(yīng)電流環(huán)路,如圖2中回路2所示,由于焊接處與箱體未完全短接(熱縮管未完全磨破),回路中此處電阻最大,導(dǎo)致感應(yīng)電流在電纜屏蔽地線與鎧層連接處發(fā)熱,電纜外皮燒融。

3 CT端子箱電纜發(fā)熱故障處理

在清理受損電纜外皮并檢查內(nèi)層絕緣正常后,將屏蔽地線改接至屏蔽層銅絲上,相當(dāng)于斷開回路2,在端子箱內(nèi)增加一根地線,將箱體與二次銅排短接,如圖3所示。此時,由于一次接地與二次接地在箱體內(nèi)與電纜溝內(nèi)同時存在兩個連接點,從而形成了新的感應(yīng)電流回路3,導(dǎo)致電抗器投入后,在新增的連接地線及端子箱接地線上流過70 A的感應(yīng)電流,而電纜的屏蔽地線上均沒有電流流過。

圖3 增加連接地線Fig.3 Adding connecting ground wire

為避免運(yùn)行時在接地線上長期流過大電流導(dǎo)致產(chǎn)生新的發(fā)熱點,需要消除因新增連接地線而形成的回路3。去掉新增連接地線后投入電抗器,此時感應(yīng)電流通道為回路4,如圖4所示。室外氣溫為38.6 ℃,CT端子箱溫度為42.0 ℃,故障處理后端子箱接地線與接地扁鐵的電流及溫度記錄如表1所示,測量箱體接地扁鐵電流為1.5 A左右,端子箱接地線上電流基本為零。端子箱內(nèi)最高溫度在45 ℃左右,無新增發(fā)熱點,故障消除。

表1 故障處理后端子箱接地線和接地扁鐵的電流及溫度記錄Tab.1 Current and temperature records of terminal box grounding wire and grounding flat iron after fault treatment

圖4 去掉連接地線Fig.4 Removal of the connecting ground wire

投運(yùn)后每隔一段時間對端子箱內(nèi)的接地線和電纜的電流及溫度進(jìn)行記錄,端子箱接地線的電流始終保持在較低水平,約為0.57 A,電纜接地線接頭處溫度基本保持穩(wěn)定,約為45 ℃左右,端子箱內(nèi)的各根電纜線屏蔽地線均無電流。接地扁鐵的電流保持在一個較小的數(shù)值上,無新增發(fā)熱點,故障消除。

4 結(jié)束語

通過對該起缺陷原因進(jìn)行分析及處理提出以下建議:在新建工程、改造工程中,嚴(yán)格按照電纜接線標(biāo)準(zhǔn)施工,注意施工工藝,尤其要注意電纜接地規(guī)范,保障電纜運(yùn)行過程中不會因虛接、松動、磨損、接地不良等原因發(fā)生故障。加強(qiáng)對施工人員的技術(shù)培訓(xùn),進(jìn)一步提高施工人員素質(zhì),加強(qiáng)現(xiàn)場施工質(zhì)量管理。運(yùn)行中加強(qiáng)紅外測溫及巡視,如發(fā)現(xiàn)局部溫度異常或異常震動聲響,應(yīng)引起高度關(guān)注。加強(qiáng)對電纜的定期維護(hù),為防止接地端子生銹、松脫造成接地電阻過大、導(dǎo)致接地端子發(fā)熱、擴(kuò)大故障范圍,定期對站內(nèi)生銹螺母進(jìn)行更換,對松脫等進(jìn)行緊固。