高压电力电缆接地线电流超标原因分析及处理

高压电力电缆接地线电流超标原因分析及处理

李海龙

广州计量检测技术研究院 广东省广州市 510000

摘要：本文介绍了一起典型的 110 kV 高压电缆金属护套接地电流超标的缺陷。通过对电缆线路接地系统的原理分析和现场实际连接方式的对比分析，确认电流超标原因。同时，提供了类似电流超标的预防措施及建议。

〔关键词〕高压电力电缆；接地线；电流超标；原因；处理

随着社会经济的不断发展，城市用电量增长迅猛，城市输电线路越来越多地采用高压电缆。但相较架空输电线路，电力电缆因其隐蔽性高，结构也较为复杂，一旦出现故障，往往很难在数小时内处理好。因此如何将电缆故障消灭在萌芽状态，成为电缆管理部门最为关心的问题。下面介绍了一起 110 kV 高压电缆金属护套接地电流过大的问题，通过对接地系统的分析，确定了缺陷原因，并针对性地提出了预防措施。

1 设备概况

110 kV 甲乙线为一条纯电缆线路，线路走向为甲变向乙变，全长 2 100 m。敷设方式为排管和电缆沟混合敷设，电缆型号为 YJLW03-64/110 kV-1×630 mm 2 ，甲、乙变电站内均为电缆户外终端，电缆全线共计 4 组中间接头。该电缆线路建设工程完成投运于 2007-12-21，后经一次线路迁改工程，投运于 2011-03-18。电缆第一次工程 ( 建设工程 ) 时，共安装 2 组中间接头，电缆全长 2 010 m，如图 1 所示。

图1 110 kV 甲乙线第一次工程 ( 建设工程 ) 系统

电缆第二次工程 ( 迁改 ) 工程时，将 1 号接头至 2 号接头及 2 号接头至乙变段的电缆进行部分更改，增加两组接头。原 2 组接头保留，修改接头顺序编号，如图 2 所示。

图 2 110 kV 甲乙线第二次工程 ( 迁改工程 ) 系统

2电流超标情况

某日班组人员对 110 kV 甲乙线的金属护层接地电流进行检测工作。当日测量了甲、乙两变电站内尾管接地电流，并与当时的负荷电流进行计算、比较。根据 Q/GDW 11223—2014《高压电缆状态检测技术规范》，正常运行电缆接地电流绝对值小于 50 A、接地电流与负荷比值小于 20 %、单相接地电流最大值 / 最小值小于 3。该线路金属护层接地电流大于 100 A，接地电流与负荷比值均大于20 %，且 B 相接地电流与负荷比值大于 50 %，属于严重缺陷。

3 电流超标原因分析

3.1 接地方式原理分析

35 kV 及以上电缆，大多采用单芯电缆。单芯电缆线芯通过电流时，就会有磁力线交链金属护层，使它的两端出现感应电压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比。单芯电缆金属护层如采用两端接地，金属护层感应电压会在金属护层中产生循环电流，其值可达线芯电流的 50 % 至 95 %。循环电流会导致金属护层因产生损耗而发热，长时间运行易导致电缆故障。如果采取电缆金属护层单端接地，另一端对地绝缘，则护层中没有电流流过，但感应电压与电缆长度成正比，当电缆线路较长时，过高的感应电压可能危及人身安全，并可能导致设备事故。因此一般可采用单点接地的方式，电缆一侧金属护层直接接地，另一侧经过护层保护器接地，防止感应电压过高。该方式下应敷设回流线。而对于较长的电缆，也常常会采用交叉互联的方式，在接头处将三相金属护层换位相连，由于三相感应电动势相角相差 120°，若三段电缆长度相等，则三相合成电动势理论上为零。

110 kV 甲乙线在电缆第一次工程 ( 建设工程 )中，采用交叉互联接地方式，两组接头形成一个完整交叉换位段。该方式对电缆段长度要求严格，要求三个电缆段长度基本相等，如图 3 所示。

图 3 110 kV 甲乙线第一次工程 ( 建设工程 ) 接地方式系统

在电缆第二次工程 ( 迁改工程 ) 中，因其电缆长度改变，无法保证电缆三段等长，因此将原交叉互联的接地方式更改为单点接地方式，如图 4 所示。其中，1，2，4 号接头均进行两侧金属护层跨接，从而避免对接地系统方式的影响。两侧变电站采用直接接地方式，3 号接头处加装护层过电压保护器。因此，甲变电站至 3 号接头、3 号接头至乙变，分别形成两个单点接地段，保证电缆金属护层接地方式符合要求。

图 4 110 kV 甲乙线第二次工程 ( 迁改工程 ) 接地方式系统

3.3 电流超标原因列举

该线路在两侧变电站电缆终端处检测金属护层接地电流过大，几乎达到线芯负荷电流的 50 %，与理论计算数据差距很大。该情况发生的可能原因有以下几个。(1) 电缆外护层存在破损，金属护层接地情况较严重，导致金属护层形成较大电流。

(2) 保护接地箱内护层过电压保护器击穿，导致金属护层直接接地。

(3) 接地方式错误，金属护层存在两点接地，从而导致电缆金属护层接地电流过大。

针对原因 (1)，根据电缆运行经验，极少出现外护层严重破损导致金属护层直接接地的情况。判断方法是在线路停电后，电缆护层逐段进行绝缘电阻测量。

针对原因 (2)，因两侧金属护层接地电流三相的数据均过大，若是该原因引起，则 6 只保护器均完全击穿，该情况发生几率也较小。判断方法是在线路停电后，对保护器进行绝缘电阻测试。

针对原因 (3)，若接地方式错误导致金属护层两点接地，金属护层便能与大地形成回路，产生较大的电流。判断方法是逐个检查接头处接地情况，打开保护接地箱进行确认。

在以上三种可能的原因中，原因 (1)，(2) 发生的可能性较小，且需要线路停电检查，而原因 (3)在线路带电运行时就可以进行初步检查。

3.4 电流超标的原因判定

对接头处金属护层接地方式进行排查。1，2，4 号接头采用金属护层跨接方式，实际排查过程中并无问题，因此将检查重点放在 3 号接头处。3 号接头两侧金属护层均采用保护接地方式，两侧金属护层在接头连接部位采用环氧树脂材料进行绝缘隔离。为实现该接地方式，一般有以下两种方法。

(1) 在金属护层两侧各安装一个三相保护接地箱，两个保护接地箱互不相连。

(2) 将两组共 6 只保护器安装在一个箱子内，两者之间相互隔离，该箱子一般称为异型接地箱。

在现场实际情况中，由于 3 号接头并未进行更改，原先使用的是交叉换位箱，因此施工过程中对该交叉换位箱的内部结构进行了改造。错误地将交叉换位铜排更改为直连的铜排，导致同轴电缆的外芯和内芯相连，由于同轴电缆的内、外芯分别与接头两侧金属护层连通，因此两侧金属护层直接相连。因此，110 kV 甲乙线金属护层接地电流过大缺陷产生的原因，为 3 号接头异型接地箱结构改造

4 电流超标处理措施

该缺陷是由 3 号接头异型接地箱结构错误导致的，因此消缺时应停电进行，将 3 号接头异型接地箱的结构进行更改。首先断开箱内连接铜排，然后在同轴电缆外芯连接处加装一组护层过电压保护器，并在保护器尾端进行接地。因此，可以实现将同轴电缆外芯和内芯，即接头两侧金属护层、电气结构绝缘隔离，同时内芯经箱体内原先的一组保护器接地，外芯经加装的一组保护器接地，实现接头两侧金属护层分别保护接地的功能。

同时，根据上文对缺陷原因的分析，在停电同时也应该对电缆外护套绝缘电阻和保护器绝缘电阻进行测试，以查看是否存在其他导致缺陷的因素。

另外，为了防止此类事故的发生，提出以下几点建议。（1）施工单位应提高专业技术水平，在施工过程中应加强对电缆金属护层接地安装的管理，监理单位应该对整个施工过程严格监督。(2) 设备运维管理单位在工程验收时应严把质量关，加强对电缆接地方式的关注，做好接地方式的核查工作。(3) 应加强接地环流测量等在线检测手段，提高电缆管理水平，掌握电缆运行状况，确保电缆线路安全可靠地运行。

5 结束语

通过分析该次电流超标产生原因和处理措施，发现电缆接地方式的正确与否，对金属护套接地电流会产生很大的影响，接地电流过大长时间运行会对电缆主绝缘产生损害，危及设备正常运行。

参考文献：

[1] 殷 彬．10 kV 配网电力电缆运行的有效管理模式研究 [J]．农家参谋，2019(10)：211.

[2] 杜岳凡．高压电缆运行管理的问题与分析 [J]．中国电力企业管理，2019(3)：48-49.

[3] 王 军，郭智刚．高压输电电缆安全管理的探讨 [J]．通信电源技术，2018，35(12)：249-250.

[4] 王 伟．交联聚乙烯 (XLPE) 绝缘电力电缆技术基础 [M]．西安：西北工业大学出版社，2011.