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)將高壓電纜金屬護套進行交叉互聯(lián)，是降低高壓電纜金屬護套感應(yīng)電壓的常用手段。但是因為在實際情況中，因為電纜鋪設(shè)的環(huán)境較為復(fù)雜，交叉互聯(lián)箱會受到外界因素的影響發(fā)生受潮、進水和外力破壞等多種情況，都會對高壓電纜的金屬護套造成破壞，出現(xiàn)交叉互聯(lián)故障，從而給系統(tǒng)運行埋下安全隱患。本文主要對110kV及以上XLPE高壓電纜的交叉互聯(lián)故障進行系統(tǒng)的研究和分析，利用ATP-EMTP電磁暫態(tài)軟件，來進行建模操作和仿真操作，并且對在不同故障下接地電流的變化特點進行了詳細的分析，為之后的高壓電纜進行故障檢測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，也為整個電力系統(tǒng)帶來了翻天覆地的變化，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)金屬護套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)有很好的供電可靠性，對環(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。為了保護高壓電纜(110kV-220kV)金屬護套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的絕緣安全，通常將金屬護套進行交叉互聯(lián)。

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

　　2單芯電纜的特點

　　電纜線芯和金屬護套之間的關(guān)系可以看作一個空心變壓器。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，在其周圍就會產(chǎn)生交變磁場，金屬護套處于交變磁場中就會產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，當(dāng)形成回路時護套中就會有感應(yīng)電流流過。

　　3接地電流產(chǎn)生的機理

　　當(dāng)高壓電纜線路很長時，通常就會采用金屬護套交叉互聯(lián)，它將電纜線路人為的分成若干個大段(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套在交叉互聯(lián)箱內(nèi)進行換位，在絕緣接頭處裝設(shè)一組接地保護器，同時將每一大段進行并聯(lián)后接地。令三相電纜對稱排列，在理想情況下，每小段金屬護套產(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套上產(chǎn)生的感應(yīng)電流。高壓電纜實際鋪設(shè)的過程中，盡量使三相電纜呈正三角形排列，但是在需要轉(zhuǎn)彎地方和護套進行交叉互聯(lián)換位時，都無法使電纜呈正三角排列，因此即使對護套進行了正確的交叉換位，也會有很小的接地電流的產(chǎn)生。由于接地電流很小，不會造成護套發(fā)熱，破壞絕緣，因此不會對高壓電纜的安全運行產(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

　　一個大段電纜內(nèi)的三小段金屬護套在進行交叉換位時，由于兩個交叉互聯(lián)箱的換位方式不一致，使被換位的三小段金屬護套中有兩端甚至是三段護套上產(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電壓被擊穿時，就會造成護套兩端直接連接，本應(yīng)三段進行的交叉互聯(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護層保護器被擊穿

　　單芯電纜護層保護器是防止單芯電纜外護層在沖擊過電壓作用下?lián)p壞的一種金屬氧化物避雷器，保護器在正常情況下是絕緣的。但當(dāng)電纜受到強雷擊過電壓時就可能造成護套保護器被擊穿，一旦護套保護器被擊穿就相當(dāng)于護套直接接地，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)箱進水的情況時有發(fā)生，在一些地勢較低的地方甚至出現(xiàn)交叉互聯(lián)箱被水完全淹沒的情況，一旦出現(xiàn)交叉互聯(lián)箱被水完全淹沒，就相當(dāng)于電纜的金屬護套兩端完全接地，會產(chǎn)生相當(dāng)大的接地電流。

　　5建立模型并進行仿真分析

　　本次試驗?zāi)Ｐ瓦x擇的是應(yīng)用比較廣泛的單芯電纜，本次試驗電纜長度為1200m，將其平均分成3個400m的小段，并且使用Bergeron模型來建立。它在建模時使用的是分布參數(shù)方法，并且利用了特征線的方法來計算波在線路的過程;再利用梯形積分，來計算線路中的暫態(tài)過程。實驗開始后，分別模擬了在兩個交叉互聯(lián)箱內(nèi)所有可能發(fā)生的故障情況，并且對電流的變化進行觀察，搭建了一個交叉互聯(lián)模型，來模擬電纜正常運行。

　　對已經(jīng)建立的模型進行仿真，運行仿真軟件，得到以下所示的護套接地電流仿真圖。從系統(tǒng)正常運行時的仿真圖可以看出，當(dāng)系統(tǒng)的交叉互聯(lián)穩(wěn)定運行時，感應(yīng)電流相互中和，沒有影響。當(dāng)一號交叉互聯(lián)箱發(fā)生單接地時，護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，兩相護套的接地電流變化十分明顯，相位和正常運行時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)錯誤時，和護套出現(xiàn)接地故障是不一樣的。但是護套交叉互聯(lián)發(fā)生連線錯誤時，不能中和每個小段上產(chǎn)生的感應(yīng)電流，就會被疊加到最終被檢測的接地電流上，所以導(dǎo)致護套的電流幅度增高。從上述仿真實驗得出的結(jié)果來看，接地電流的實際變化和我們進行的理論分析的結(jié)果是相同的，通過分析不同的故障發(fā)生時接地電流的特點，發(fā)現(xiàn)在發(fā)生不同故障時，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。是中國電器工業(yè)協(xié)會電工合金分會會刊，是以宣傳國內(nèi)外電工材料領(lǐng)域的先進技術(shù)為主、面向國內(nèi)外公開發(fā)行的綜合性專業(yè)科技期刊。本刊宗旨：旨在推動電工材料及其應(yīng)用行業(yè)的技術(shù)進步，為促進行業(yè)創(chuàng)新服務(wù)。

　　6結(jié)論

　　隨著中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的浪潮，高壓電纜在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，為保護XLPE高壓電纜絕緣安全，通常采用將金屬護套進行交叉互聯(lián)，因此，護套換相成功對系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行有積極意義。本文提出了基于高壓電纜(110kV-220kV)金屬護套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)交叉互聯(lián)故障分析，設(shè)計了一套故障分析仿真模型，它不需要改動原有的電纜，只要利用高壓電流傳感器就可以，并且還能使系統(tǒng)正常的運行。通過建立一套仿真模型，不斷的進行仿真模擬，觀察在發(fā)生不同的故障時，接地電流有什么不一樣的變化，根據(jù)不同的變化來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提供一種新的方法和依據(jù)，也希望可以幫助我國電網(wǎng)更好地建設(shè)，促進我國經(jīng)濟更好更快的發(fā)展。

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　　作者：孫舒蕾

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