基于接地電流高壓電纜交叉互聯(lián)故障分析

　　摘要：在電纜交叉互聯(lián)箱內(nèi)將高壓電纜金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)，是降低高壓電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的常用手段。但是因?yàn)樵趯?shí)際情況中，因?yàn)殡娎|鋪設(shè)的環(huán)境較為復(fù)雜，交叉互聯(lián)箱會(huì)受到外界因素的影響發(fā)生受潮、進(jìn)水和外力破壞等多種情況，都會(huì)對(duì)高壓電纜的金屬護(hù)套造成破壞，出現(xiàn)交叉互聯(lián)故障，從而給系統(tǒng)運(yùn)行埋下安全隱患。本文主要對(duì)110kV及以上XLPE高壓電纜的交叉互聯(lián)故障進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析，利用ATP-EMTP電磁暫態(tài)軟件，來(lái)進(jìn)行建模操作和仿真操作，并且對(duì)在不同故障下接地電流的變化特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為之后的高壓電纜進(jìn)行故障檢測(cè)工作提供一定的依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：接地電流;高壓電纜;交叉互聯(lián);故障;分析

　　1導(dǎo)言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科技改變了人們生活的方方面面，也為整個(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)了翻天覆地的變化，尤其是在高壓電纜的應(yīng)用中取得了飛速的發(fā)展。高壓電纜(110kV-220kV)金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)有很好的供電可靠性，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力較好，以及擁有較好的美觀性，在供電系統(tǒng)中得到大量的應(yīng)用。為了保護(hù)高壓電纜(110kV-220kV)金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的絕緣安全，通常將金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)。

　　基于接地電流法對(duì)高壓電纜交叉互聯(lián)故障進(jìn)行分析，區(qū)別于當(dāng)前其它方式的故障檢測(cè)方法，它不需要對(duì)電纜原有的接線結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何的改動(dòng)，利用高壓電流傳感器可以對(duì)高壓電纜的接地電流進(jìn)行長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)采集且不會(huì)對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。在實(shí)際的測(cè)量中十分方便、準(zhǔn)確。文中以單回路高壓供電電纜為例，對(duì)交叉互聯(lián)故障的原因和故障后接地電流的變化進(jìn)行了研究，總結(jié)出不同故障下接地電流的特點(diǎn)，為高壓電纜的故障判斷提供依據(jù)。所以，護(hù)套換相的成功進(jìn)行，意義十分重大，有助于幫助整個(gè)系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行。

　　2單芯電纜的特點(diǎn)

　　電纜線芯和金屬護(hù)套之間的關(guān)系可以看作一個(gè)空心變壓器。電纜線芯相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)繞組，金屬護(hù)套相當(dāng)于變壓器的二次側(cè)繞組。當(dāng)線芯中通入交變電流時(shí)，在其周圍就會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬護(hù)套處于交變磁場(chǎng)中就會(huì)產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，當(dāng)形成回路時(shí)護(hù)套中就會(huì)有感應(yīng)電流流過(guò)。

　　3接地電流產(chǎn)生的機(jī)理

　　當(dāng)高壓電纜線路很長(zhǎng)時(shí)，通常就會(huì)采用金屬護(hù)套交叉互聯(lián)，它將電纜線路人為的分成若干個(gè)大段(大于1000m)，每一大段等分為三小段，每一小段之間裝設(shè)絕緣接頭，然后將這三小段電纜的金屬護(hù)套在交叉互聯(lián)箱內(nèi)進(jìn)行換位，在絕緣接頭處裝設(shè)一組接地保護(hù)器，同時(shí)將每一大段進(jìn)行并聯(lián)后接地。令三相電纜對(duì)稱排列，在理想情況下，每小段金屬護(hù)套產(chǎn)生的感應(yīng)電流幅值相等，在相位上互差120°，三相基本平衡，這樣就可以有效的中和掉大段金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電流。高壓電纜實(shí)際鋪設(shè)的過(guò)程中，盡量使三相電纜呈正三角形排列，但是在需要轉(zhuǎn)彎地方和護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)換位時(shí)，都無(wú)法使電纜呈正三角排列，因此即使對(duì)護(hù)套進(jìn)行了正確的交叉換位，也會(huì)有很小的接地電流的產(chǎn)生。由于接地電流很小，不會(huì)造成護(hù)套發(fā)熱，破壞絕緣，因此不會(huì)對(duì)高壓電纜的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。

　　4故障分析

　　4.1兩交叉互聯(lián)箱接線方式不一致

　　一個(gè)大段電纜內(nèi)的三小段金屬護(hù)套在進(jìn)行交叉換位時(shí)，由于兩個(gè)交叉互聯(lián)箱的換位方式不一致，使被換位的三小段金屬護(hù)套中有兩端甚至是三段護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向一致，每一小段的感應(yīng)電流無(wú)法相互中和，導(dǎo)致?lián)Q位失敗產(chǎn)生較大的接地電流。

　　4.2電纜接頭的絕緣隔板被擊穿

　　當(dāng)電纜接頭的絕緣隔板由于雷擊或者過(guò)電壓被擊穿時(shí)，就會(huì)造成護(hù)套兩端直接連接，本應(yīng)三段進(jìn)行的交叉互聯(lián)變成了兩段的交叉互聯(lián)，失去了換位的作用，造成接地電流增大。

　　4.3護(hù)層保護(hù)器被擊穿

　　單芯電纜護(hù)層保護(hù)器是防止單芯電纜外護(hù)層在沖擊過(guò)電壓作用下?lián)p壞的一種金屬氧化物避雷器，保護(hù)器在正常情況下是絕緣的。但當(dāng)電纜受到強(qiáng)雷擊過(guò)電壓時(shí)就可能造成護(hù)套保護(hù)器被擊穿，一旦護(hù)套保護(hù)器被擊穿就相當(dāng)于護(hù)套直接接地，交叉互聯(lián)的三小段就出現(xiàn)一段感應(yīng)電流丟失的情況，致使交叉互聯(lián)失敗。

　　4.4交叉互聯(lián)箱進(jìn)水

　　由于交叉互聯(lián)箱所處的環(huán)境非常復(fù)雜，所以在雨季交叉互聯(lián)箱進(jìn)水的情況時(shí)有發(fā)生，在一些地勢(shì)較低的地方甚至出現(xiàn)交叉互聯(lián)箱被水完全淹沒(méi)的情況，一旦出現(xiàn)交叉互聯(lián)箱被水完全淹沒(méi)，就相當(dāng)于電纜的金屬護(hù)套兩端完全接地，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的接地電流。

　　5建立模型并進(jìn)行仿真分析

　　本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x擇的是應(yīng)用比較廣泛的單芯電纜，本次試驗(yàn)電纜長(zhǎng)度為1200m，將其平均分成3個(gè)400m的小段，并且使用Bergeron模型來(lái)建立。它在建模時(shí)使用的是分布參數(shù)方法，并且利用了特征線的方法來(lái)計(jì)算波在線路的過(guò)程;再利用梯形積分，來(lái)計(jì)算線路中的暫態(tài)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，分別模擬了在兩個(gè)交叉互聯(lián)箱內(nèi)所有可能發(fā)生的故障情況，并且對(duì)電流的變化進(jìn)行觀察，搭建了一個(gè)交叉互聯(lián)模型，來(lái)模擬電纜正常運(yùn)行。

　　對(duì)已經(jīng)建立的模型進(jìn)行仿真，運(yùn)行仿真軟件，得到以下所示的護(hù)套接地電流仿真圖。從系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的仿真圖可以看出，當(dāng)系統(tǒng)的交叉互聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，感應(yīng)電流相互中和，沒(méi)有影響。當(dāng)一號(hào)交叉互聯(lián)箱發(fā)生單接地時(shí)，護(hù)套的接地電流在相位上變化不大，只是增大了某些幅值。但是接地箱護(hù)套的接地電流變化較大，在幅值和相位上都有很大變化。

　　發(fā)生故障時(shí)，兩相護(hù)套的接地電流變化十分明顯，相位和正常運(yùn)行時(shí)候的相位相比也有明顯的不同。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)交叉互聯(lián)錯(cuò)誤時(shí)，和護(hù)套出現(xiàn)接地故障是不一樣的。但是護(hù)套交叉互聯(lián)發(fā)生連線錯(cuò)誤時(shí)，不能中和每個(gè)小段上產(chǎn)生的感應(yīng)電流，就會(huì)被疊加到最終被檢測(cè)的接地電流上，所以導(dǎo)致護(hù)套的電流幅度增高。從上述仿真實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果來(lái)看，接地電流的實(shí)際變化和我們進(jìn)行的理論分析的結(jié)果是相同的，通過(guò)分析不同的故障發(fā)生時(shí)接地電流的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在發(fā)生不同故障時(shí)，接地電流也表現(xiàn)出不同的明顯特征。

　　電力論文投稿刊物：《電工材料》(季刊)創(chuàng)刊于1973年，由桂林電器科學(xué)研究院主辦。是中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電工合金分會(huì)會(huì)刊，是以宣傳國(guó)內(nèi)外電工材料領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)為主、面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的綜合性專業(yè)科技期刊。本刊宗旨：旨在推動(dòng)電工材料及其應(yīng)用行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，為促進(jìn)行業(yè)創(chuàng)新服務(wù)。

　　6結(jié)論

　　隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的浪潮，高壓電纜在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為保護(hù)XLPE高壓電纜絕緣安全，通常采用將金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)，因此，護(hù)套換相成功對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行有積極意義。本文提出了基于高壓電纜(110kV-220kV)金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)交叉互聯(lián)故障分析，設(shè)計(jì)了一套故障分析仿真模型，它不需要改動(dòng)原有的電纜，只要利用高壓電流傳感器就可以，并且還能使系統(tǒng)正常的運(yùn)行。通過(guò)建立一套仿真模型，不斷的進(jìn)行仿真模擬，觀察在發(fā)生不同的故障時(shí)，接地電流有什么不一樣的變化，根據(jù)不同的變化來(lái)分析故障所屬的類型。希望可以為以后的高雅電纜的故障檢測(cè)提供一種新的方法和依據(jù)，也希望可以幫助我國(guó)電網(wǎng)更好地建設(shè)，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)更好更快的發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李根,王航,劉�？�,崔新友,周承科.基于邏輯回歸的高壓電纜交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)缺陷分類識(shí)別方法[J/OL].高電壓技術(shù):1-10[2020-11-25].

　　[2]李宏峰.一起220 kV電纜接地電流數(shù)值異常的處理方法[J].中國(guó)電力企業(yè)管理,2017(24):88-89.

　　[3]王珂,郭劍.高壓電纜環(huán)流抑制器設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].電工材料,2017(04):37-40+44.

　　[4]張玉佳,齊偉強(qiáng).多分支高壓電纜線路故障定位技術(shù)研究[J].電氣應(yīng)用,2015,34(S2):224-227.

　　[5]鄧娟.高壓電纜線路護(hù)層接地超限電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].貴州電力技術(shù),2014,17(01):49-51.

　　[6]杜伯學(xué),李忠磊,張鍇,王立.220kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜接地電流的計(jì)算與應(yīng)用[J].高電壓技術(shù),2013,39(05):1034-1039.

　　作者：孫舒蕾

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