5-21 交联电缆耐压试验时接地系统状态的探讨

交联电缆耐压试验时接地系统

状态的探讨高国中（北京电力工程公司100070）摘要对在交联电缆线路交流耐压试验时，接地系统的状态进行了研究和分析，介绍了一些工程中具体应用和测量数据，并总结出了在电缆试验时的接地系统的要求。关键字接地系统交叉互联耐压试验直接接地0引言高压、超高压交联电力电缆已得到了广泛应用，这些电缆线路的接地系统是根据现场的情况和条件确定的，因此有着不同的方式。在电缆耐压试验的电压和运行时的电压有着明显的差别，相应的接地系统的是否也需要进行适当的变化，因此，电缆耐压试验时接地系统状态已成为一个现实的、需要讨论的问题。1各种方式的接地系统110kV及以上电缆的接地系统主要有几种类型：1.1护层两端接地单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆的长度和负荷电流成正比。当电缆线路很短，传输功率很小时，护套上的感应电压极小，护套两端接地形成通路后，护套中的环流很小，造成的损耗不显著，对电缆的载流量影响不大。或者电缆线路很短，而利用小时数较低，且传输容量有较大裕度时，电缆线路可以采用护套两端直接接地。1.2护层一端接地当电缆线路长度大约在500m及以下时，电缆护套可以采用一端直接接地（通常在变压器终端或终端塔处终端位置接地），另一端经间隙或非线性电阻保护器接地，经保护器接地也称为保护接地。护套的其它部位对地绝缘，这样护套没有构成回路，可以减少及消除护套上的环行电流，提高电缆的输送容量。护套一端接地的电缆线路，还可安装一条沿电缆线路平行敷设的导体，导体的两端接地，这种导体称为回流线。1.3护层中点接地电缆线路的长度采用一端接地感到太长时，可以采用护套中点接地的方式。这种方式是在电缆线路的中间将铅护套接地，电缆两端均对地绝缘，并分别装设一组保护器。1.4护层交叉互联

1.4.1护套交叉互联的方法电缆线路很长时（大约在1000m以上），可以采用护套交叉互联。这种方法是将电缆线路分成若干大段，每大段原则上分成长度相等的三小段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处护套三相之间用同轴引线经接线盒进行换位连接，绝缘接头处装设一组保护器，每一大段的两端护套分别互联接地。1.4.2护套交叉互联的作用（1）感应电压低，环流小。如果电缆线路的三相排列是对称的，则由于各段护套电压的相位差120°，而幅值相等，因此两个接地点之间的电位差是零，这样在护套上就不可能产生环行电流，这时线路上最高的护套电压即是按每一小段长度而定的感应电压。（2）交叉互联的电缆线路可以不装设回流线。电缆线路交叉互联，每一大段两端接地，当线路发生单相接地短路时，接地电流不通过大地，则每相的护套通过三分之一的接地电流，此时的护套也相当于回流线。2试验电流的分析电缆试验，北京地区110kV及以上电缆一般采取串联变频谐振。为保证电压全部加在电缆上，达到检验电缆绝缘的目的，试验时电缆金属护套必须可靠接地。因为电缆为容性试品，所以试验电流为容性电流。北京地区的试验标准，110kV电缆加108.8kV，220kV电缆加177.8kV，试验时间均为1小时。试验电流估算公式为I=UwC（U为试验电压；C为电缆电容值），试验电流最大值为90多安培。电流值为电力电缆的容性电流，从导体流向金属护套，沿电缆的全长分布，见图所示：3试验时，各种接地方式下感应电压和接地电流的分析图2护层两端接地示意图R+/X图2护层两端接地示意图R+/XR+/XR RoL_l1 I R 2—I—1图3等值电路3.1护层两端接地3.1.1感应电压：因系统采取两端接地的方式，见图23.1.2接地电流：所以感应电压被钳制在零。J+f^^OO^^0^0^i^O^O；,.I(R+jX)+I(R+R+R)+E’=Esa s'12e'aa、：,.I(R+jX)+I(R+R+R)+E’=Esa s'12e'aa、：IJR+jX)+I(R+R+R)+E「=E.sb s' 1 2 e’ b b、I(R+jX)+I(R+R+R)+E’=Esc s' 1 2 e’ c c公式1回路方程弓Z12Z13Z21ZZ23Z32ZIsaIsbIsc公式2矩阵方程EaEbEc根据图2,可以通过分析绘制出等值电路图，见图3。其中，R1、R2为金属护套的接地电阻；Re为大地漏电阻；R+jX为三相电缆金属护套的自阻抗，由于一般情况下三相电缆结构相同，三相护套自阻抗相同，Ea、Eb、Ec为三相芯线电流分别在三相电缆金属护套上产生的感应电压；Ea’、E’、E，为其它护套环流以及地中电流分别在三相电缆金属护套上产生的感应电压；I、、、I分aa sasbsc别为A、B、C三相电缆金属护套环流，是待求未知数；按图I为金属护套总环流，I=I+I.+I。s ssasbsc按照图3等值电路可得到关于护套环流的回路方程为，见公式1。V压电应感层护与电缆长度和负荷电流成正比V压电应感层护与电缆长度和负荷电流成正比经过推导变形得护套环流的矩阵方程，见公式2。其中最左端为系数矩阵，该矩阵可以根据电缆的结构参数求出，若负荷电流I已知，可求出左、右端项的数值，解该矩阵方程可得护套环流数值。经过对护套环流的回路方程的分析，知Ea、Eb、Ec与电缆的负荷电流和电缆长度成正比，与串联谐振设备输出的频率成正比，R「R2、R+jX等与属于定值或与电缆结构相关，变化范围不大。所以护套的环流与电缆的负荷电流和电缆长度成正比，与串联谐振设备输出的频率成正比。因为负荷电流和试验电流的性质不同，上述公式为负荷电流下的数学模型，所以，从理论上很难具体求出在试验电流下金属护套上环流的数值，为定性出环流的大小，用试验电流当成负荷电流代入公式，因试验电流较小，所以环流较小。3.2护层一端接地3.2.1感应电压单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆的长度和负荷电流成正比。电压分布见图4。电缆长度L图4感应电压分布图3.2.2接地电流无电流通路，接地电流值为零。3.3护层中点接地感应电压、接地电流情况同3.2。3.4护层交叉互联

3.4.1感应电压根据加压方法分两种情况：①每相电缆单独加压②三相电缆同时加压。3.4.1.1每相电缆单独加压由图5可知，若给A相加压时，I段A相一端直接接地，另一端经II段B、III段C相后直接接地；II段A相一端经I段C直接接地、另一端经III段B相后直接接地；III段A相一端经I段B、II段C相后直接接地，另一端直接接地。B、C相同理。所以，感应电压为零。图5交叉互联系统接线图3.4.1.2三相电缆同时加压由图5可知，若给A、B、C三相同时加压时，I段A、II段B、III段C的感应电压等均为三个同方向相量的叠加，无相量差，并且系统采取两端接地的方式，所以感应电压被钳制在零。其它余两段以此类推。所以，感应电压为零。3.4.2接地电流：计算方法同3.1.2。4现场实践经验4.1多点接地在某工程，电压等级为220kV，电缆截面为2500mm2,路径长度约为8.2公里。由于现场测量局部放电的需要，需将全线24段电缆同相的金属护套连接，直接接地方式，全线只设三个接地点，见图6。将两路电缆所有交叉互联箱及接地箱同相电缆屏蔽层两端直接使用35mm2铜编织带连通，见图7。电缆全线只通过两端户外头处直接接地箱及12#接头处接地箱接地，即每相电缆只有三个接地点，并且电缆线路进行交流耐时也保持此种状态。待试验完成后，将交叉互联及接地系统恢复成运行状态。为了解全线电缆接地电流的情况，对试验时的电压和接地电流进行了测量，电压的测量结果均为零，接地电流的测量结果如图8所示。从图8中可以发现接地电流从1#接头〜23#接头为逐步递减的，最大值为52.3A，最小值为4.3A，由于现场条件的限制，未对两侧终端入接地电流进行测量。从理论上分析来看，此系统为两个直接接地系统的组合，在两侧电缆长度和接地情况一致的情况下，两侧终端的接地电流应一致，12#接地点处的接地电流应为终端处的2倍。而实际情况如上所述，结合公式1和公式2分析来看，主要是其中的金属护套的接地电阻R「R2和为大地漏电阻Re不同造成的影响，因此电缆系统的接地电流应综合多种因素来考虑，理论计算仅能做为参考。图6工程接地系统简图图7试验时交叉互联箱的联接状态接地电流图表接头号（1#--23#）图图7试验时交叉互联箱的联接状态接地电流图表接头号（1#--23#）图8接地电流分布图4.2部分电缆未接地在某工程中，电缆试验前，1#〜13#中间头处的接地箱和交联互联箱恢复到最终状态，14#中间头处的交叉互联箱联板断开，15#接地箱总联板拆除，16#、17#中间头的交叉互联箱上下联板直接短接，接地箱总联板拆掉，接地保护箱的接地线端子和GIS终端断开，GIS设备与GIS终端之间的护层保护器未拆除。即14#接头以后的接地系统未恢复到最终状态，见图9。加压两次，均在10分钟后变频试验设备跳闸，第三次加压至十分钟后，发现电缆GIS终端处护层保护器处温度很高。发现问题后，将14#以后的接地系统恢复到最终状态，又用多股铜线将GIS终端处的A、B、C三相电缆外护套短路接地，继续做交流耐压，直至电缆试验通过，未发现异常。从图9可以看出，试验设备跳闸的主要原因为部分电缆金属护套未直接接地。试验时，试验电压按容性负载分布，有较高的电压加在了护层保护器上，造成了护层保护器的发热。上下没有短接图9电缆交流耐压时接地系统状态图5总结综上所述，从理论分析和实践的经验，可以证明，接地系统恢复到最终状态即可满足试验的要求，但考虑过试验时发生故障会对电缆线路造成损坏，电缆线路试验时的接地方式应采取如下措施：5.1对于护层两端接地的接地系统，直接恢复到最终状态即可。5.2对于单端接地的接地系统，直接接地箱恢复到最终状态。将经护层保护器接地端保护器用铜编织带短接后，直接接地。5.3对于护层中点接地的接地系统，直接接地箱恢复到最终状态。将两侧经护层保护器接地端的保护器用铜编织带短接，直接接地。5.4对于护层交叉互联的接地系统5.4.1中间接头处的交叉互联箱、接地箱均恢复到最终状态。5.4.2电缆线路两侧的终端尾管处必须直接接地。5.5按《华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程》，试验时必须将护层保护器短接。实际工作中，主要是GIS终端与GIS仓之间的护层保护器、