单芯电力电缆（共7篇）
单芯电力电缆 篇1
电力电缆作为电力系统的重要设备, 一旦发生故障, 它将直接影响机组的安全稳定运行, 同时, 也可能引起火灾, 扩大事故范围, 导致全厂停电。大庆石化乙烯总变的联络线, 是总变电所的保安电源, 在系统发生故障时由联络线带全所负荷运行, 该联络线随变电所建设于1983年, 所用电缆为6kV单芯电力电缆。本文通过对乙烯总变联络线单芯电力电缆外护套故障进行查找, 总结出一种能够快速、准确、方便地查找单芯电力电缆接地故障和断相故障的寻测方法, 为生产装置的安全、稳定运行起到一定的积极作用。
1 电缆外护套故障原因分析
致使电缆发生故障的原因是多方面的, 常见原因有:
1) 机械损伤导致电缆故障;
2) 桥架托盘下沉导致电缆故障;
3) 电缆绝缘物的流失导致电缆故障;
4) 长期过负荷运行导致电缆故障;
5) 环境潮湿导致电缆故障;
6) 电缆接头制作工艺不当导致的电缆故障;
7) 电缆外护套感应电流导致的电缆故障;
8) 制造质量差导致的电缆故障。
2 单芯电力电缆外护套故障寻测方法——电感冲闪法原理
接上电源, 整流器对电容充电, 当充电电压高到一定数值时, 球间隙被击穿, 电容器上的电压通过球间隙的短路电弧和电感L直接加到电缆的测量端。冲击电波沿电缆向故障点传播。只要电压足够大, 故障点就会因电离而放电。故障点放电所产生的短路电弧使沿电缆送去的电压波反射回去。为了使反射波不至于被测试端并联的大电容短路, 在电缆和球隙之间串联一电感线圈, 它可借助于闪测仪观察到来回反射的电压波形。
电感冲闪法几乎能适应任何类型的故障。大量实践证明, 电感冲闪法是对付那些被人们用别的方法测不出来而被称之为最顽固的故障的最强有力手段。
3 电感冲闪法的实际应用
乙烯总变联络线变的2条6kV高压进线电缆B5611、B5612是单铝芯电缆, 共计24条, 全长近2 100m。其探测过程如下:
利用电缆故障检测仪探测显示20m处、84m处、448m处、816m处、1 184m处均有接地故障, 其中A2#故障部位有5处, B1#故障部位有8处, 见表1。经分析及现场勘测后发现绝大部分故障原因为电缆受外力所致, 外层电缆绝缘损坏和老化严重导致绝缘层自然龟裂。84m处为电缆故障部位密集区, 此处中间电缆头变形严重, 单芯电力电缆外护套长期流经较大感应电流, 其产生的电弧已将整个电缆头击穿, 使主绝缘损坏而发生单相接地故障。
利用上述方法我们对B5632进线电缆进行了故障点的定位工作。B5632进线电缆摇测绝缘为5根电缆不合格 (A1#、A3#、B1#、C2#、C3#) 。在对C3#电缆外护套故障查找中, 电缆故障检测仪器显示波形为不放电波形, 分析说明电缆外层接地故障点已实接地, 放电现象不明显, 粗测距离为80m, 实地检查后发现此电缆故障点位于84m处, 测试误差相当小, 故障原因为电缆头内护套龟裂造成主芯线对外护套层放电, 必须重新制作电缆头, 后经耐压1.5kV, 泄漏量为15uA, 合格, 见表2。
此次共计查找总变2条联络线电缆故障电缆11根, 外护套故障部位23处, 制作电缆中间头2个, 并恢复两条进线的正常运行。实践证明利用此法进行单芯电力电缆外护套故障点的查寻, 既方便又快捷, 是一种行之有效的电缆故障点准确定位的好方法。
4 结论
在电缆故障测寻时, 采用此便可准确迅速地确定故障点位置, 为故障的迅速查找处理, 尽快恢复送电赢得宝贵的时间。但是如果测寻不得法, 则可能导致设备的损坏和故障的扩大。
参考文献
[1]门汗文, 崔国璋, 王海, 译.电力电缆及电线[S].北京:中国电力出版社, 2001, 6.
[2]国家电力公司发输电运营部编.供用电生产常用指导性技术文件及标准 (第五册, 电力电缆及附件) [S].北京:中国电力出版社, 2003, 3.
[3]电子文献.陕西易达科技有限公司.电缆测试技术.
单芯中压电缆工程设计探讨 篇2
关键词：电气工程,单芯电缆,截面积计算,感应电压,屏蔽层接地
在笔者参与的某海外工程项目中, 包含一段3.7km的长距离输电线路设计。按上游变压器的最大供电能力, 对下游新建装置的输电线路进行计算, 经计算拟用12根35kV单芯630mm的电缆对下游装置供电。
1 单芯电缆的选型
1.1 选择单芯电缆的原因
根据电缆电压等级的定义, 6～35kV的称为中压电缆, 66kV及以上定义为高压电缆。高压电缆由于容量和绝缘问题通常采用单芯的型式, 对于中压电缆由于电压较低, 相间绝缘已不存在技术瓶颈, 因而多采用三芯的型式。但基于输送距离和负荷容量, 当中压电缆计算截面积达到630mm2时, 从制造环节做成三芯存在困难, 则采用单芯电缆。
1.2 工程资料
整条线路按水平直埋敷设考虑, 局部调整为出地坪沿桥架敷设, 在过海水管线部分、过道路和水沟时穿混凝土排管。
计算中影响单芯电缆设计的其他因素有:环境参数 (温度、电缆间距、敷设路径、敷设方式、埋深、最大允许温度、回填土热阻系数) 及电缆结构参数、安装参数等。
考虑到长距离线路的施工工艺, 最终选择了三相单芯电缆平行敷设的方式。根据技术人员建议和现场情况, 大段单芯电缆需采用直埋的方式。
1.3 电缆截面计算
电缆和敷设设计基于IEC标准, 在计算的过程中按额定电流及敷设情况选截面积, 再根据供货商电缆参数核算载流量, 最终确定电缆截面积。计算过程, 步骤简述如下:
1.3.1 载流量校验
基于IEC 60287-1-1[1]、IEC 60287-2-1[2], 校验单根630mm2电缆载流量:
两根载流量达到1251A满足额定电流670A的要求。
1.3.2 导体最大允许短路电流计算
短路电流的计算方法依据IEC60949[7],
I=ε×Iad≈90kA (2)
满足系统短路电流21kA的要求;式中:Iad—绝热情况下的计算短路电流;ε—导体及屏蔽层间的非绝热系数。
1.4 屏蔽层感应电压计算
1.4.1 屏蔽层允许的最大短路电流
屏蔽层最大短路电流的计算方法基于ICEAP-45-482[4]热稳定相关的计算公式
I2t=Klogundefined
得I=54.8kA小于系统短路电流21KA。式中:A-有效屏蔽层截面积mils;t-短路电流持续时间s。
1.4.2 屏蔽层感应电压计算
屏蔽层感应电压的计算方法基于IEEE575[3], 由于电缆为水平敷设, 且为多组敷设, 需考虑自身感应电压, 和本组电缆与相邻组电缆间的影响。
正常情况下的感应电压
自感电压:E=-j.w.IL.undefined
互感电压:E=-j.w.IL.undefined
将自感和互感电压累加得单位长度上可得感应电压值;E=0.067V/m
故障情况下的感应电压
Vmax=-j.w.I. (2×10-7) .ln[ (4.S) /d]=3V/m (6)
1.5 电压降计算
依据厂家提供的单位电缆压降参数, 按照额定电压
V=ρ×In×L (7)
式中ρ-单位长度电阻值Ω/km; In-额定电流A; L-电缆长度km。
1.6 接地线计算
整条单芯电缆线路敷设专用接地线提供感应电压控制地电位, 接地线引至变电所接地网。
按I=67.1A/√t得A=300kcmil约160mm2 (8)
接地线的截面计算选定240mm2。
2 计算值的应用和附件设计
2.1 电缆截面的校验
电缆的绝缘和护层设计均由供货商完成, 供货商使用专业计算软件建模计算最高温度情况下两根电缆的载流量为750A, 满足要求。压降控制, 根据上面电压降计算公式 (7) 的计算结果为165.1V, 压降0.48%满足要求。
2.2 规范中屏蔽层感应电压控制
单芯电缆金属屏蔽层产生的感应电压, 对电缆绝缘和电缆载流量均产生影响。在各种国际规范和各国的实际应用中, 相应的应用指导值各有定义。而本工程中采取的控制值为, 整段25V。极端工况下, 要求在屏蔽层的感应电压不大于600V。当不能满足要求值时, 需加装限流装置保护。
由公式 (4) (5) 得正常工况下屏蔽层的感应电压为0.067V/m, 按此计算值若想将感应电压控制在25V, 且考虑最高电压有可能出现在端点而非中点, 则每374m需做一次降压措施, 整段3.7km则需分成大约10段, 增加了作业面的数量。依据厂家的分盘能力, 370m远小于该类型电缆的分盘长度, 因而在选择降感应电压的措施中, 不宜教条应用此值, 而应考虑更优化的方案以延长护层接地的单段电缆的长度, 尽量减少施工作业面。
2.3 屏蔽层感应电压控制方法和方案确定
依据IEEE575[3]对屏蔽层感应电压控制的推荐方法, 分单点直接接地、阻抗接地 (实际中很少用) 、屏蔽层交叉互联、电缆换向布置等方式。各种接地方法针对不同电缆长度, 各有优缺点, 从设计和施工复杂程度从前至后逐次上升。
由于交叉互联的优点在长距离电缆中的突出表现, 对于超过2km的电缆线路优选交叉互联方案。由于末段电缆存在仍存在不确定性, 选择分段式屏蔽层交叉互联 (Sectionalized cross bonding) , 以增大下游装置接入时电缆的接地设置。接地设置见图1。
整段电缆分成7段, 两个主区间的连接处选用直接接头 (SJ) , 在连接处屏蔽层直接接地;每个交叉互联区间内电缆等段分割成三个小分段, 小分段的连接处选用绝缘接头 (IJ) , 采取交叉互联方式对屏蔽层经避雷器接地;在电缆终端头直接接地 (T) ;所有接地均通过连接线引至接地箱实现接地。
在电缆附件设计中, 选用了三种接地箱, 三线直接接地、六线直接接地及六线经避雷器保护接地。为将本段电缆与下游装置供货商电缆完全保护, 下段电缆接头处采用带保护接地。
3 敷设路径的设计
3.1 电缆在转弯处的保护
在工程设计中, 设计转弯、施工牵拉中应保证电缆自重及牵拉引起的张力不超过最大许可值。机械强度依据厂家提供最大纵向牵拉张力值为δmax×A (mm2) =31.5kN, 最大侧向张力值为5.0kN/m, 允许最小转弯半径为1.2m。基于电缆敷设牵拉需要和现场实际情况的影响, 在整条线路的直埋段, 设计了大量的施工人孔。人孔的设计需满足电缆转弯半径的要求, 在人孔中设电缆支架并局部配桥架以保证转弯的电缆张力不至过大。
3.2 直埋电缆岛的设计
电缆岛是针对直埋电缆接头施工常用的混凝土保护设施, 可实现将电缆接头良好保护在相应的土建设施中, 防止地下水、小的电缆位移造成对接头的牵拉。依据业主检维修的要求, 接地箱要尽可能布置在地表, 在电缆岛附近设计了相应的接地箱基础实现就近接地。电缆岛的尺寸电缆接头的外径设计。由于现场可用空间受限, 电缆岛的设计中将每根电缆的接地依据出线的长短, 分批次设置直埋电缆岛, 以减小占地空间。
3.3 电缆敷设中应注意的其他问题
为减小电缆在接头和转弯处的机械张力, 在接近接头和转弯处, 需加固定设备。并在条件允许的直埋段, 适当采取S型敷设。接头应避免布置在转弯和标高调整区域, 以减少拉力。
4 结束语
单芯电缆的设计在项目中应作为一个系统工程考虑, 应从截面选择、路径设计、附件设计、接地形式确定各个环节逐步确认, 制定整个单芯电缆的设计内容。
为了减少界面管理的风险, 建议项目前期咨询专业的电缆或电缆附件供货商承担整个系统的安装和部分设计方案的确定工作, 避免考虑不周出现的设计漏洞。
参考文献
[1]IEC60287-1-1.电缆额定电流计算:额定电流公式及损耗计算[S].
[2]IEC60287-2-1.电缆额定电流计算:热阻—电缆的热阻计算[S].
[3]IEEE575.单芯电缆屏蔽层等电位连接方法及感应电压和电缆屏蔽层电流计算指导[S].
[4]ICEA P-45-482.绝缘电缆金属屏蔽及屏蔽层的短路特性[S].
[5]GB50217.电力工程电缆设计规范[S].
[6]GB50168.电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范[S].
单芯电力电缆 篇3
随着国民经济快速发展, 国民对于电力负荷用电量大幅增加, 且随着城市建设对于景观的要求, 电力电缆在风电场配电系统的应用越来越多, 而单芯高压电缆也越来越多。但是由于单芯电缆在实际用过程中存在感应电压, 在施工过程中, 容易形成感应电流, 造成电缆屏蔽层过热, 进而出现事故。导致单芯电力电缆的应用不能被广大电力公司所接受。
鉴于以上原因, 通过与各大设备厂家沟通, 并借阅相关国家标准规范, 指定出一套有利于在实际电力工程中应用的方法。
1 项目概述
根据电力安全规程规定:35k V及以下电压等级的三芯电缆都采用两端接地方式, 这是因为在正常运行中, 流过三个线芯的电流总和为零, 在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链, 这样, 在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压, 所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。但当采用单芯电缆, 它的线芯与金属屏蔽层的关系, 可看作一个变压器的初级绕组中线圈与铁芯的关系。当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链铝包或金属屏蔽层, 使它的两端出现感应电压。这部分磁通使金属护套产生的感应电压数值与电缆排列中心距离和金属护套平均半径之比的对数成正比, 并且与导体负荷电缆、频率及电缆长度成正比。且在等边三角形排列的线路中, 三相感应电压相等;在水平排列的线路中, 边相的感应电压比中相感应电压高。
在此我们提出一种通过采用接地电阻箱及交叉互联箱的方法降低及消除感应电压、感应电流的方法。
2 系统方案
电缆护层两端接地, 金属护套感应电压会在金属护套中产生循环电缆, 此电缆大小与电缆线芯中负荷电流大小密切相关, 同时还与间距等因素有关。循环电流致使金属护套因产生损耗而发热, 将降低电缆的输送能量, 更有甚者将会发生电缆互层爆炸的危险。
交流系统中单芯电缆线路一回或两回的各相按通常配置排列情况下, 在电缆金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势值, 可按下式计算:
Es为感应电势 (V) ;L为电缆金属层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离 (km) ;Es0为单位长度的正常感应电势 (V/km) 。
*Es0的计算放法参照《电力工程电缆设计规范》 (GB/50217-2007) 附录F:表F.0.2 Es0表达公式表。
由于感应电压与电缆长度成正比, 当电缆线路较长时, 过高的感应电压同样可能危及人身安全, 并可能导致设备损坏, 因此必须妥善处理感应电压。
根据《电力工程电缆设计规范》要求:交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势计算, 宜符合本规范附录F的规定。电缆线路的正常感应电势最大值应满足下列规定:未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时, 不得大于50V;除上述情况外, 不得大于300V。
(1) 电缆互层采用一端接地, 一端者不接地。此方法对于段距离单芯电缆辐射能够起到保护作用。由于感应电压与电缆长度成正比, 为保证人身及设备安全, 坚决不能用到长距离输配电线路。
(2) 电缆护层一端接地, 另一端经护层电压限制器接地, 此方法对于短距离单芯电缆敷设能够起到保护作用, 但是对于较长距离单芯电缆敷设效果并不显著。
电缆互层采用一端接地一端经互层电压限制器接地或者不接地方式;电缆互层采用一端接地、一端经互层电压限制器接地。此方法对于短距离单芯电缆敷设能够起到保护作用, 但是对于长距离单芯电缆敷设效果并不显著。
以上两种方法虽能解决某些地方单芯运行时遇到的问题, 但扔然不够全面。为此先将各种具体方法全面介绍。
3 方法分析
在具体施工中通常采用以下几种方法来解决上述问题:
对于电缆线路不长的情况下, 可采用一端直接接地, 另一端加装限电压保护器接地;对于电缆线路较长, 单点直接接地方式无法满足本规范要求时, 可采取在线路两端直接接地, 电缆中间位置将金属护套经限电压保护器接地方式, 或者线路两端金属护套经限电压保护器接地, 中间位置直接接地方式;对于电缆线路长的情况, 采用绝缘接头将金属护套分隔成多段, 使每段的感应电压限制在小于50V的安全范围以内, 即将电缆金属护套交叉互联。
金属护套交叉互联的方法是:将一侧A相金属护套连接到另一侧B相;将一侧B相金属护套连接到另一侧C相;将一侧C相金属护套连接到另一侧A相的方法。如图1:
金属护套经交叉互联后, I段C相连接到II段B相;然后又接到第III段A相, 如上图所示, 由于A、B、C三相的感应电动势的相角差为120°, 如果三段电缆长度相等, 则在一个大段中金属护套三相合成电动势理论上应等于零。电缆金属金属护套采用交叉互联后, 与不实行交叉互联相比较, 除有效的解决感应电压的影响外, 电缆线路的输送容量可以有较大提高。因此为了减少电缆线路的损耗, 提高电缆的输送容量, 高压单芯电缆的金属护套一般均采用交叉互联或单点互联的方式。
4 标准措施方法
根据单芯电缆感应电压计算方式, 计算单芯电缆感应雅典, 并确定实际施工中的集中施工方案如下。
4.1 金属护套两端接地
当电缆线路长度很短、负荷电流一般较小, 金属护套上的感应电压很小, 造成的损耗不大, 对载流量的影响也不大时可以考虑采用两段接地。接地方法如同三芯电缆护套接地方法。见图2:
4.2 金属护套一端接地
当电缆线路长度不长, 负荷电流不大时, 电缆金属护套可以采用一端直接接地、另一端经保护器接地的连接方式, 使金属护套不构成回路, 消除金属护套的环形电流。见图3:
4.3 金属护套中点接地
金属护套中点接地的方式是在电缆线路的中间将金属护套直接接地, 两端经保护器接地。金属护套中点接地的电缆线路长度可以看作金属护套一端接地的电缆线路的2倍。见图4。
当电缆线路不适合金属护套中点接地时, 可以在电缆线路的中部装设一个电缆互层中间绝缘接头, 使其两侧电缆的金属护套在轴向断开并分别境保护器接地, 电缆线路的两端直接接地, 见图5:
4.4 金属护套交叉互联
电缆线路长度较长时, 金属护套应采用交叉互联。这种事将电缆分成若干大段, 每一大段原则上分成成都相等的三小段, 每小段之间装设绝缘接头, 绝缘接头处三相金属护套用同轴电缆进行换位连接, 绝缘接头处装设一组保护器, 每一大段的两端金属护套直接接地, 见图6:
5 其他措施及要求
(1) 电缆敷设温度不应低于零度, 当施工现场的环境温度不能满足要求时, 应该避开在寒冷期间施工或者采取适当的预加温措施 (如提高周围温度等) 加热至零度及以上后及时敷设。敷设前应将电缆在0℃以上的环境中放置至少24小时, 确保电缆内外温度一致。 (2) 电缆在敷设时, A、B、C三相做到长度相等。 (3) 供敷设单芯高压交联电缆的排管应选用非磁性管材, 排管管径应符合D≥1.5d要求 (D管子内径, d电缆外径) 。 (4) 施工时电缆牵引力不得超过16000牛, 侧压力不得超过31.9千牛/米, 电缆牵引速度不宜超过8-15m/min。以确保电缆导体及金属护套的完好性。 (5) 电缆敷设前应检查电缆外观质量, 核对电缆型号、规格、长度。电缆外护套应均匀地挤包在非铠装电缆的内衬层上或铠装电缆的铠装层上, 表面应光滑圆整, 色泽均匀, 无油污, 无凸起或断裂的单线。无明显绞线凸纹, 无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边, 不应有尖角、颗粒、烧焦或擦伤的痕迹, 敷设过程要采取有效措施, 确保外护层完好。并按规定要求必须对电缆电气绝缘性能和外观进行试验, 并形成施工前书面验收记录。 (6) 放线架结构应坚固, 不得倾斜, 保证电缆盘能正常转动, 不得无放线架放线。电缆应从电缆盘的上部放线;路径直线部分每隔3-5m设置一个电缆滑轮, 弯曲转弯部位要采用滑轮组成合适弧度的滑轮组。牵引头与牵引钢丝 (网套) 之间应安装防捻器, 用以消除电缆敷设过程中产生的扭转力。 (7) 电缆外护套应均匀地挤包在非铠装电缆的内衬层上或铠装电缆的铠装层上, 表面应光滑圆整, 色泽均匀, 无油污, 无凸起或断裂的单线。无明显绞线凸纹, 无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边, 不应有尖角、颗粒、烧焦或擦伤的痕迹, 敷设过程要采取有效措施, 确保外护层完好。 (8) 工程中电缆金属护套接地应严格按电缆线路设计规定要求执行, 不得有虚接、漏接、错接等影响线路正常运行的操作, 保证整条线路完整性。 (9) 对紧贴的正三角形排列绝缘电缆, 间隔1m采用非磁性带材扎紧, 如适当放大扎紧间隔, 扎带厚度或宽度宜加强。 (10) 电缆敷设时要按蛇形敷设或者上下支架跳跃敷设, 留有一定余度, 以防因为热胀冷缩造成电缆受力。 (11) 如有两个以上的中间接头, 接头位置不宜放在一起, 最小距离不小于3m。接头应尽量避开弯道及斜坡处, 防止电缆受力而损伤电缆头。 (12) 施工过程中要严格按照电气装置安装工程电缆线路施工验收规范、建筑电气工程施工质量验收规范进行施工。
参考文献
[1]电力电缆施工设计手册[Z].中国电力出版社.
[2]GB50217-2007.电力工程电缆设计规范[S].
[3]国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材.配电电缆[M].
单芯电力电缆 篇4
2007年12月7日6点5分, 义煤集团水泥公司专用110kV变电站 (渑池电业局管理的徐庄110kV变电站) 监控系统发现10kV系统母线有小电流接地信号, 相电压严重不平衡, 立即把水泥公司徐处线电源拉掉 (变电所供引出四个回路, 分别是:徐处线, 徐窑线、徐水线和许传线) , 让水泥公司查找小电流接地信号原因。水泥公司组织人员检查徐处线, 未发现任何故障, 于10点45分恢复送电, 小电流接地信号消失, 所有设备运转正常。12月8日8点上述故障重又出现。水泥公司通过分段送电的办法把故障回路确定在从水泥公司徐传线转运站引出的矿山回路电源线上。该回路为电缆供电, 全长4.2km, 电缆型号为3×YJV-8.7/10kV-1×185的电缆。因无试验设备, 先后请5个单位10余位专业人员来共同研究处理该问题。
2具体处理情况和检查结果
(1) 在转运站送空电缆 (不带负荷) 出现线电压平衡 (10.4kV) , 相电压不平衡 (相差最大800V) 。
(2) 电缆全长直流耐压试验合格 (电压37kV, 泄露电流不超过10μA) 。
(3) 抽出高压永磁断路器, 对断路器打耐压试验, 符合要求。
(4) 更换电缆进线柜, 送电后故障依旧。
(5) 有时送电后, 线电压平衡, 相电压平衡。
(6) 调整相序 (A、C相) , 送电后相电压有变化 (调整前A相低, 调整后A、B相低)
(7) 测试电缆屏蔽层, 段与段连接良好, 端部接地良好。
(8) 检查电压互感器与消谐柜, 未发现问题。 (9) 拆除过电压保护器, 问题仍然存在。
(10) 将三根电缆分别锯成五段, 截断长度分别为2100m、750m、500m、650m、100m。分段测试, 结果如下:
a电缆各段分段试验检查未发现问题 (用2500V, 10000MΩ绝缘测试仪测试) 。
b转运站电气室不送矿山回路, 其他配电柜正常线电压为10.4kV, 相电压为:A相5930V, B相6040V, C相59800V。
送第一段2100m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相6090V, B相6270V, C相6160V。
三相电流分别为A相1.1A, B相1.2A, C相1.1A。
送第一、二、三段3350m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相6140V, B相6330V, C相6200V。
电流A相1.5A, B相1.6A, C相1.6A。
送第一、二、三、四段长度达4100m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相5590V, B相6260V, C相6110V。
送第一、二、三、四、五段长度达4200m时, 线电压不变, 相电压显示如下:A相5730V, B相6280V, C相6000V。
电流A相2.2A, B相2.3A, C相2.3A (全部是只送电缆, 负荷侧线拆掉的情况下) 。
c试送电带负荷运转, 各设备运转正常, 三相电流平衡, 线电压平衡, 相电压不平衡 (最高相差1200V, 各设备无过负荷、过流现象) 。
(11) 采取电缆换相操作, 结果如下:
a未调整时仪表显示电压
A:5300 B:6000 C:6370
b调整A、C两相
仪表显示为:
A:5200 B:6180 C:6230
对应调整前电缆对应相:
C B A
c调整B、C两相
仪表显示为:
A:5620 B:6160 C:5810
对应调整前电缆对应相:
B C A
经过以上测试和试验, 并咨询有关专家, 大家认为从目前情况看, 基本可排除电缆和配电设备元器件存在问题的可能, 影响测量结果的原因应是感应电容, 包括对地电容和相间电容, 又因为三相电缆均敷设在电缆桥架内, 且桥架全程接地较好, 因而对地电容电容影响也可排除, 惟一影响三相电压的应是相间电容的电容效应, 原因如下: (1) 从转运站至矿山的4km单芯电缆是平行铺设, 且距离较长, 相间距离时近时远, 存在较大相间电容。 (2) 近一段时间以来, 天气不断变化, 不是下雨, 就是下雪, 造成电缆间介质的变化, 引起电容的变化, 因而对电缆电压的影响也不一样。经研究决定:将4km长三根单芯电缆组成紧贴的正三角形排列, 并且每隔1m用12号铁丝扎牢。为避免铁丝损伤电缆绝缘, 要求在铁丝与电缆间要垫上胶皮。我厂利用白天时间, 从2007年12月18日至22日, 对4km长电缆分段按要求进行了处理。送电后设备运转正常, 线电压平衡, 相电压最大相差50V以下, 电流平衡。
3运行状况
自2007年12月处理完毕投入运转后, 经过2008年1月长时间风雪天和春夏阴雨天考验, 三相电压不平衡现象再没出现, 供电系统及厂内生产设备运行正常。
参考文献
[1]余德文, 毛大澎, 卢兴远.河南省用电单位电气装置安装验收规程[S].
改善高压单芯电缆载流量的方法 篇5
电缆允许持续载流量, 是指电缆在导体允许最高工作温度下长期运行的载流量。理论上, 改善电缆载流量方法: (1) 增大电缆载流截面积。 (2) 提高主绝缘工作温度。 (3) 提高主绝缘工作场强, 减少绝缘厚度。 (4) 采用低介损材料, 减少介质损耗。 (5) 采用低热阻材料, 加快导体散热。以上方法均从电缆材料方面来改善电缆载流量, 但目前对于不同截面高压单芯电缆的材料和结构都是相对固定的定型产品, 同时受工作属性和研究方向的局限, 以上方法对设计不具备现实的指导意义。但对于设计人员, 可采用以下方法改善电缆的载流量: (1) 采用合理的电缆排列配置型式, 减少金属套涡流损耗。 (2) 采用合理接地方式和分段长度, 减少金属套环流损耗; (3) 降低敷设环境温度, 提高高于环境温度的导体允许温升。 (4) 降低电缆外部热阻, 改善电缆外部散热环境, 提高电缆载流量。 (5) 采用合理敷设方式, 改善电缆载流量。下面对设计人员改善电缆载流量的方法做详细分析。
1 改善载流量的方法
1.1 采用合理的电缆排列配置方式
电缆排列配置方式不同, 主要对金属护套的涡流损耗有影响, 现以额定电压127/220 k V、单芯、分割铜导体标称截面积1200 mm2、交联聚乙烯绝缘皱纹铝套聚乙烯护套纵向阻水, 型号为YJLW03-Z 127/2201×1200的电力电缆为例, 对一回、二回、三回、四回等电缆的不同排列配置型式的涡流损耗λ″做一比较。为简化工程计算, 同一回路的相间距离和不同回路的间距都取同一值330 mm。详细见下表1220 k V单芯电缆不同排列配置型式下的涡流损耗λ″。
从表1中, 不难看出:一回电缆采用直角三角形布置涡流损耗最小, 采用品字型或三叶型布置涡流损耗最大。二回电缆平列一层相序正向布置涡流损耗小, 相序反向涡流损耗大;二回电缆层叠相序反相涡流损耗小, 相序正向涡流损耗大。三回电缆层叠对应第二层相序反向涡流损耗小, 相序正向涡流损耗大。四回电缆层叠对应第二或第三层相序反向涡流损耗小, 相序反向涡流损耗大。
现对涡流损耗的电缆载流量的影响进行分析计算, 以表1中的二回电缆层叠二层的相序正向和反向的1200 mm2单芯220 k V电缆为例, 当采用相序正向排列时, 电缆载流量为917.3 A, 当采用相序反向排列时, 电缆载流量为975.3 A, 由于采用相序排列配置的不同, 电缆载流量相差6.32%。因此, 若采用正序排列时的电缆载流量已满足系统要求, 那么1000 mm2截面的电缆采用反序排列也能满足系统载流量的要求。
1.2 采用合理接地方式和分段长度
采用金属套单点接地的接地方式, 能防止电缆金属护套产生环流;采用交叉互联的接地方式, 且每个交叉互联段内的分段长度均等时, 交叉互联段内电缆的正常感应电压各相之和应为零, 从而电缆的环流损耗λ`为零。
对某单回共一段L=300 m长的上述1200 mm2单芯220 k V电缆线路为例, 若采用单点接地方式时, 电缆的环流损耗λ`=0, 电缆载流量I=1141.7 A;但若采用两端直接接地方式时, 电缆的环流损耗λ`=1.744, 电缆载流量I=867.4 A, 电缆载流量相对减少24.0%。
对某单回共三段, 采用交叉互联接地方式且分段均匀的上述1200 mm2单芯220 k V电缆线路为例, 电缆的环流损耗λ`≈0, 电缆载流量I=1147.7 A;但若该回电缆的分段长度不等, L1=500 m, L2=550 m, L3=700 m时, 将产生剩余的感应电压, 导致该回电缆线路具有环流损耗λ`=0.036, 电缆载流量I=1134.8 A, 电缆载流量减少1.1%。
已知上述单回电缆平列布置, 相间距S=3 3 0 m m, 电缆金属层的平均半径r=1 1 5.0 5 mm, 金属套电阻RS=3.657×10-5Ω/m, 最高工作温度下单位长度的交流电阻R=2.008×10-5Ω/m。
根据上述例证, 对于110 k V及以上高压单芯电缆, 金属护套应采用单点接地或交叉互联接地的接地方式, 且交叉互联段内电缆长度应尽量均分。采用这样的接地方式, 能有效减少电缆金属护套的环流损耗, 提高电缆载流量。
1.3 降低敷设环境温度
电缆周围环境温度越低, 高于环境温度的导体允许温升越高, 电缆载流量越大。但对于电缆所经区域, 温度一定, 正常情况下无法改变环境温度, 但选择电缆路径时, 可远离有热源的区域, 尽量选择地温较低的地理位置。
对某一地区, 不同埋深处的地温是不同的, 如广东省代表性城市8月份不同深度下的平均地温, 如表2所示。
现以广州地区8月份的平均地温为例, 对不同埋深下, 直埋、单回平列布置1200 mm2单芯220 k V电缆的载流量进行计算, 统计情况如表3所示。
从表3可统计出环境温度每降低1℃, 电缆载流量增加9.4~9.6 A, 增加幅度约为8.0‰~8.5‰。
从上述分析可知, 环境温度对电缆载流量的影响还是很大的, 若环境温度相差8℃~10℃时, 电缆载流量可相差6.5%~8.1%, 电缆标称截面积的选取将相差一个等级。
1.4 降低电缆外部热阻
对于敷设在土壤中的电缆, 其外部热阻T4正比于土壤热阻系数, 土壤热阻系数越大, 电缆外部热阻越大, 载流量越小。现对同一地温下, 不同土壤热阻系数直埋敷设的1200 mm2单芯220 k V电缆载流量作一比较。详细见下表4所标。
从表4中可看出, 当土壤热阻系数不同时, 对电缆载流量的影响很大, 因此, 采用低热阻系数的回填土非常重要。现今珠三角地区常规的回填土主要为细沙, 其热阻系数一般在1.2 K·m/W左右, 但其会随水分迁移发生波动。
为降低外部热阻, 国外早有通过回填低热阻介质和向排管内泵入导热介质以改善直埋和排管敷设电缆的散热条件, 提高电缆载流量的应用, 如美国、英国和香港等。低热阻填充介质具有热阻系数 (0.17~0.49 K·m/W) 、保水能力强、状态稳定和对电缆无伤害等优点, 目前低热阻电缆填充介质有应用于广州供电局、佛山供电局等地区的部分220 k V、110 k V和10 k V电缆工程中, 运行情况良好。对填充低热阻介质 (按0.4 K·m/W考虑) 和填充细沙的1200 mm2单芯220 k V电缆线路, 其载流量相差超过24%以上, 效果是明显的。
现以1200 mm2单芯220 k V单回电缆线路为例, 当采用排管敷设时, 已知排管外径280 mm、管厚18 mm、热阻系数为4.6 K·m/W, 电缆载流量为1052.5 A;当排管内导入低热阻介质后, 低热阻介质热阻系数按0.4 K·m/W取值, 电缆载流量为1099.1 A, 载流量增加了4.4%。
对于大型的电缆沟, 若全部填充低热阻填充介质, 造价将非常高, 因此, 可考虑在电缆载流量的瓶颈段排管处导入低热阻填充介质, 以均衡全线电缆载流量。
1.5 采用合理敷设方式
电缆在不同敷设方式下, 其回路间距、相间距、相序布置、环境温度和外部热阻等因素, 对电缆载流量都有不同程度的影响。但对于同一电缆线路, 为便于计算, 其环境温度、土壤热阻、回路间距和相间距一般均取相同值, 主要影响电缆载流量的因素是外部热阻。外部热阻分为在空气中敷设, 不受日光直接照射和受日光直接照射的外部热阻;埋地电缆的外部热阻;在冲沙电缆沟中的外部热阻;在排管中的外部热阻等。现对埋地电缆, 不同敷设方式下的电缆载流量列于表5。
计算条件:埋深0.8 m, 相邻电缆之间轴线距离330 mm, 单点接地或交叉互联接地, 土壤热阻1.2 K·m/W, 排管热阻4.6 K·m/W, 最高地温29.1℃。全文载流量计算没有特别说明均按该条件进行计算。
从表5中可看出, 在相同回路情况下, 槽盒直埋电缆的载流量要优于排管直埋的敷设方式, 而且在单回情况下, 载流量相差7.8%, 双回情况下相差4.9%。因此, 在选择电缆敷设方式时, 应尽量少用电缆排管的敷设方式, 若不得已采用, 也可通过2.4节所述, 在导管内注入低热阻填充介质, 改善电缆在排管内的散热, 提高电缆载流量。
2 结语
根据上述分析, 改善电缆载流量的方法有很多, 设计人员可根据工程实际情况, 采用适合该工程的方法, 做到满足电力输送容量的前提下, 尽量选择小截面电缆, 减少工程投资。
参考文献
[1]GB/T 3956-2008, 电缆的导体[S].
[2]GB/Z 18890.1~18890.3-2002, 额定电压220kV (Um=252kV) 交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件[S].
[3]GB 50217-2007, 电力工程电缆设计规范[S].
[4]JB/T 10181.1~10181.6, 电缆载流量计算[S].
单芯电力电缆 篇6
关键词：单芯电缆,环流,感应电压,一端接地,护层保护器
0 引言
电力安全规程规定:电气设备非带电的金属外壳都要接地, 因此电缆的铝包或金属屏蔽层都要接地。
通常10k V及以下电压等级的电缆都采用两端接地或多点接地方式, 这是因为这些电缆大多数是三芯电缆 (三相芯线在电缆中呈“△”对称布置) , 在正常运行中 (三芯电缆带平衡负荷) , 流过三个线芯的电流总和为零 (即三相电流向量和为零) , 在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链, 这样, 在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压 (金属屏蔽上的感应电势叠加为零) , 两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层, 所以可两端接地;若三个线芯的电流总和不等于零, 由于金属铠装层的阻抗较大, 环流尚不过分显著, 金属铠装层中产生的感应电流仅为线芯电流5%-8%, 故敷设时可采取金属铠装层两端直接接地保护方式。但是当电压超过10k V时, 35KV电缆大多数采用单芯电缆, 单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系, 可看作一个变压器的初级绕组。当单芯电缆线芯通过电流时在交变电场作用下, 就会有磁力线交链铝包或金属屏蔽层, 金属屏蔽层必然感应一定的电动势, 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, 电缆很长时, 护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度, 在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时, 屏蔽上会形成很高的感应电压, 甚至可能击穿护套绝缘。此时, 如果仍将铝包或金属屏蔽层两端三相互联直接接地, 则铝包或金属屏蔽层将会出现很大的环流 (作用几乎和1:1的电流互感器差不多) , 10KV循环电流可达到负荷电流的10-20%, 35KV及以上电压等级的电力电缆其值可达线芯电流的50%-95% (35k V以上电缆护层阻抗值小) 。屏蔽层循环电流的存在, 造成屏蔽层发热和电能损耗, 这不仅浪费了大量电能, 而且降低了电缆的载流量 (最大降幅达40%左右) , 并加速电缆主绝缘电-热老化, 有必要采取措施减少或消除该循环电流;采用一端接地, 则电缆金属护层中虽无环流, 但接着带来了下列问题:当雷电波或内部过电压波沿电缆线芯流动时, 电缆金属护层不接地端会出现较高的冲击过电压;或当系统短路事故电流流经电缆线芯时, 其护层不接地端也会出现很高的工频感应过电压。上述过电压可能击穿电缆外护层绝缘, 造成电缆金属护层多点接地故障, 大幅增加环流附加热损耗, 严重地影响电力电缆正常运行甚至大幅减少电缆使用寿命。一旦电缆金属护层多点接地故障, 故障的测寻、定点和修复均比较困难, 停电检修造成的电量损失较大。
1 单芯电缆金属屏蔽层循环电流实测分析
采用两端直接接地的方式, 由于电磁感应电压的作用, 就会在屏蔽层中产生循环电流。循环电流的大小主要与屏蔽层的自感阻抗和互感阻抗有关。即与屏蔽层的电阻、直径、电缆的间距等有关。
例1 (以10KV单芯电缆为例) :某市区应用的300mm2单芯电缆, 电缆敷设方式以直埋为主, 使用混凝土槽保护。金属屏蔽层全部采用两端接地的方式。下面实测的线路是沿胜利路敷设的电缆主干线, 电缆三相每3-3.5米用扎带绑扎成“品”字形, 绑扎两点中间的部分线芯散开呈水平放置。每个混凝土槽内并排敷设有两回电缆。我们对胜利路的电缆屏蔽层环流进行了实测。实测的环流电流值如表1。 (也可用IEC287算法计算环流) 。
从实测值可见, 循环电流可达负荷电流的10-20%。
例2 (以35KV单芯电缆为例) :我局同———李线35KV线路有一段跨高速公路, 长760米, 电缆采用型号为YJLV-26/35-1*120, 由于电缆头金属屏蔽层采用两端直接接地方式, 2005年6月造成电缆中部两个中间接头金属屏蔽网 (截面16mm2) 发热烧段, 但中间接头处绝缘良好;有一端接地铜网处电缆绝缘严重发热变型, 由此可见环流的大小。
屏蔽层循环电流的存在, 造成屏蔽层发热和电能损耗, 降低了电缆的输送容量。因此, 有必要采取措施减少或消除该循环电流。实测数值还反映出, 环流值并没有绝对地因电缆长度和负荷电流的增大而增加。说明电缆三芯的布置对感应电压的影响不可忽视。
2 克服高压单芯电缆环流措施
单芯电缆不应两端接地。从消除环流损耗, 不降低电缆的载流量考虑, 应提倡单芯电缆金属屏蔽层一端接地方式。
同———李线35KV电缆线路采用金属屏蔽层一端接地, 电缆金属屏蔽层中环流消除。但是采用金属屏蔽层一端接地方式, 非接地端计算和实测感应电压应不超过50V, 大于50V的宜安装护套保护器。高压电缆线路安装时, 应该按照GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求, 单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时, 金属护套任一点的感应电压不应超过50-100V (未采取不能任意接触金属护套的安全措施时不大于50V) ;如采取了有效措施时, 不得大于100V) , 并应对地绝缘。如果大于此规定电压时, 应采取金属护套分段绝缘或绝缘后连接成交叉互联的接线。为了减小单芯电缆线路对邻近辅助电缆及通信电缆的感应电压, 应尽量采用交叉互联接线。对于电缆长度不长的情况下, 可采用单点接地的方式。采用金属护套单端接地或各相的金属护套交叉换位互联接地以减少金属护套损耗, 为保护电缆护层绝缘, 在不接地的一端应加装护层保护器。另外, 一端接地的方式一般应在与架空线连接端一端接地, 以减小线路受雷击时的过电压。
高压单芯电缆线路的接地方式有下列几种:
1) 护层一端直接接地, 另一端通过护层保护接地———可采用方式;
2) 护层中点直接接地, 两端屏蔽通过护层保护接地———常用方式;
3) 护层交叉互联———常用方式;
4) 电缆换位, 金属护套交叉互联———效果最好的接地方式 (如下图所示) ;
5) 护套两端接地———不常用, 仅适用于极短电缆和小负载电缆线路。
总之:单芯大截面以及较长电力电缆应采用金属屏蔽层一端接地方式。
3 单芯电力电缆护层过电压保护
例3 (青铜峡新型材料基地———恒源冶炼厂, 电源进线采用电缆线路, 长1400米, 型号为2* (YJV-26/35-1*300) , 电缆头金属屏蔽层采用一端直接接地, 另一端金属屏蔽层缠绝缘后悬空方式, 运行不到三个月发现金属屏蔽层悬空端绝缘被击穿接地, 击穿前运行人员发现金属屏蔽层悬空端不定期有火花放电现象, 可见金属屏蔽层悬空端感应电压很高。
一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地, 另一端金属屏蔽对地开路不互联。一端接地后, 可以消除护层循环电流, 减少线路损耗。但开路端在正常运行时有感应电压;在雷击和操作时, 金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压;系统发生短路事故和短路电流流经芯线时, 金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应电压, 这些都可能引起外护层的击穿损坏, 当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时, 就会造成金属护层的多点接地。因此, 在采用一端互联接地时, 必须采取措施限制护层上的过电压, 降低护套对地间的过电压, 为此常在金属护套不接地端与大地之间装设护层保护器。
护层保护器在正常工作条件下应呈现较高的电阻。此时流经护层保护器的电流为u A级, 以保证电缆在金属护套单端接地或金属护套交叉换位互联接地的正常状态下工作。当大气过电压或内部过电压侵入时, 不接地端的护套或护套交叉换位互联处会出现较高的冲击过电压 (可能会达到侵人波的60%以上和120%以上) , 这时护层保护器呈现较小的电阻, 使过电压电流能较容易地经保护器流人大地, 而保护器自身不应被损坏 (作用在金属护层上的电压就是保护器的残压) , 同时不接地端又应恢复呈现高阻。
高压单芯电缆护层保护器选择原则:保护器通过最大冲击电流时的残压乘以1.4后, 应低于电缆护层绝缘的冲击耐压值;保护器在最大工频电压作用下, 能承受5s而不损坏;保护器应能通过最大冲击电流累计20次而不损坏。所以高压单芯电缆采用一端接地时, 另一端需经护层保护器接地。
4 结束语
鉴于上述原因, 对于高压单芯交联聚乙烯电缆的接地必须用合理与合适的方式, 确保电缆的安全运行。尤其高压单芯大截面长电缆用户采用一端接地时, 非接地端应采取有效措施, 消除感应电压对高压单芯电缆的影响。
参考文献
[1]刘惠民.电力工业标准汇编 (电气卷) 《施工及安装》[M].中国电力出版社, 1996.
[2]江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].北京:中国电力出版社, 1997.
[3]董振亚.电力系统的过电压保护[M].北京:中国电力出版社, 1997.
[4]姜芸, 等.电力电缆保护接地[J].高电压技术, 1998, 24 (4) :P36-38.
单芯电力电缆 篇7
关键词：单芯电缆,接地保护,金属护套,交叉互联
0 引言
近年来,随着城市经济的快速发展,电力电缆正在以节约城市用地、美化城市环境、供电可靠等优势,得到广泛应用。
相比较三芯统包电缆,相同截面积的单芯电缆以载流量大、弯曲半径小的优势被各供电公司广泛使用,尤其在电缆不断发展的前期,随着用电负荷逐年增长,35k V及以上电压单芯电缆得到了广泛应用,增长速度较快。然而,随着电力电缆逐年增多以及运行时间变长,电力电缆的运维管理面临着很多新问题和挑战,尤其是单芯电缆。一旦运行过程中的单芯电缆发生金属护套保护接地方式被破坏的现象[1],比如:金属护套接地方式不合理或接地线断裂、被偷盗,就会导致单芯电缆金属护套上感应较高的电位或产生较大的环流[2],最终导致金属护套持续发热,烧损甚至引燃电缆外护套,导致电缆起火跳闸事故,严重影响了电网的安全运行。本文以一起典型的35k V单芯电缆金属护套接地线断裂缺陷为例,对电缆缺陷的处理过程及缺陷原因进行了分析,阐明了单芯电缆金属护套接地保护方式正确可靠运行的重要性,同时对高压单芯电缆金属护套接地保护方式的应用与维护提出了参考意见。
1 金属护套接地保护方式
单芯电缆 线芯一旦 流过交流电流时,便会在其金属护套上产生纵向感应电压,感应电压大小与电缆负荷电流、频率及电缆长度成正比[3]。而单芯电缆金属护套上的感应电压过高或形成环流,都将导致电缆发生绝缘击穿故障,并且依据《电力工程电缆设计规程》规定:“单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时,金属护套任一点的感应电压(未采取能有效防止人员任意解除金属层的安全措施时)不得大于50V,除上述情况,感应电压不得大于300V。”因此,为了保障电缆线路及运维人员的安全,单芯电缆金属护套通常采用以下几种接地保护方式:金属护套两端直接接地,金属护套一端接地、另一端保护接地,金属护套中点直接接地、两端保护接地,金属护套中点保护接地、两端直接接地,金属护套交叉互联保护方式[4]。
2 实际电缆缺陷案例分析
2.1 发生危急缺陷的电缆线路概况
青岛供电公司某35k V电缆线路概况如 下: 该电缆线 路投运于2010年7月, 是由220k V变电站向一些重要高压用户供电的架空电缆 混合线路, 其中, 该220k V变电站至1号杆为单 芯电缆, 此段电缆为双回电缆,全长482m,无中间接 头, 电缆型号 为ZRYJV22-1×240,采用电缆沟加排管的敷设方式,此段电缆护套保护方式为一端直接接地、一端保护接地,接线图如图1所示。
2.2 缺陷发现及处理过程
2012年8月10日, 运行人员在 对该220k V变电站夹 层内的35k V出线电缆进行巡视过程中,通过红外成像仪测温发现,其中一条35k V电缆的护层保护器温度高达180℃(见图2),该温度远超过正常使用时的温度[5],存在严重安全隐患。通过全线巡视检查并进入电缆沟进行检查发现,电缆外护套完好无损,而1号杆电缆终端头护套接地线出现断裂现象。经现场查看,并通过对现场情况进行综合分析,研究决定采取停电方式对缺陷进行处理,更换该1号杆电缆护套接地线,将易断裂的软铜编织线更换为架空绝缘导线,从而能够有效防止接地线断裂,同时更换该变电站夹层内的发热护层保护器,确保此段单芯电缆金属护套保护方式正确无误。
2.3 缺陷原因分析
该35k V电缆线路中的1号杆电缆护套接地线原为铜编织软线,材质较软,在长期受风吹来回摆动摩擦,以及老化腐蚀等外在因素影响下,容易在使用一段时候后出现酥化、断裂现象。一旦此处电缆金属护套接地线断裂,就相当于由原来的直接接地变成了保护接地方式,破坏了此段单芯电缆金属护套原来的保护接地方式,由原来的一端直接接地、一端保护接地方式变成了两端保护接地方式。
由于在迎峰度夏期间,该段电缆线路一直为重载线路,负荷电流很大,高达850A,而单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆长度和线芯电流的大小成正比[6],因此此单芯电缆金属护套上的感应电压很大。下面将通过理论计算此段电缆护层的感应电压值。通过台账资料可知,电缆全长l为482m,电缆负荷电流I=850A,电缆直径DS为35.3mm,中心距S为160mm,线路可视为全部按等边三角形敷设[7],则单位长度电缆护层感应电压应按公式(1)计算[8]:
式中: US0为电缆护套单位长度的正常感应电压。
考虑其他多方面因素,校正系数k设为1.2,则此段电缆护套感应电压如式(2)所示:
经计算,结果为68.3V。从而可知电缆金属护套上感应电压很大,不能满足电力工程电缆设计要求,而且由于被破坏后的电缆金属护套两端都是保护接地,感应电压一直无法释放,从而会对电缆金属护套上的薄弱点一直放电,而此薄弱点正是该220k V变电站夹层内的电缆护层保护器,护套上的感应电压一直对电缆护层保护器放电,存在泄漏电流,从而导致电缆护层保护器持续发热,最终很有可能导致电缆护层保护器炸裂,严重危及变电站夹层内的其他35k V出线电缆线路。
3 高压单芯电缆运行维护建议
由上述电缆缺陷案例分析可知,单芯电缆金属护套保护方式的正确性、合理性及安全性对高压单芯电缆安全可靠运行显得尤为重要,因此针对单芯电缆金属护套保护方式的重要性,为保障电缆线路安全、稳定、可靠运行,避免电缆着火等事故的发生,对高压单芯电缆运行维护提出以下相关建议,以供相关运行管理部门参考。
1) 梳理、统计并建立高压单芯电缆基础数据台账(包含护套保护方式),便于单芯电缆日常运维和抢修工作的有效开展。
2) 推行差异化巡视制度, 做到220k V及以上电缆线路每周至少巡视一次,110kV及以下重要电缆线路每半个月至少巡视一次,35k V及以下电缆线路每月至少巡视一次,并根据设备运行和周围外力情况,科学合理调整相应巡视周期,同时依据电缆运行规程的相关要求,制定电缆线路设备巡视卡,做到巡视无死角、无漏项,重点巡视检查单芯电缆交叉互联箱、保护接地箱中接地线、护层保护器等附属设备。
3) 丰富、强化高压单芯电缆的在线监测手段,在重要及重载高压单芯电缆中间接头及终端头处安装环流在线监测装置,实时掌握电缆护套的运行状态;对35k V及以上电压等级的高压单芯电缆安装分布式光线测温系统,监测电缆本体、中间接头、终端头的运行温度;同时在重要的电缆隧道内安装隧道环境监测系统,包括隧道温度监测、有害气体监测、水位监测、井盖监测、智能排水和通风冷却等功能;建议成立专门的电缆监控中心,将以上多个在线监测系统进行统一整合,形成电缆综合监测系统,将所有监测数据上传至监控中心屏幕,实时掌握电缆运行状况,并对某些监测值(如井盖开、合状态,水位值,环流值,温度值等)设定警界值,通过监控中心屏幕报警信号或发送短信等方式将告警信号告知运维人员,及时发现异常情况,从而及时有效处理,确保电缆安全可靠运行。
4) 强化高压单芯电缆带电检测手段,结合电缆线路巡视工作,开展对电缆终端头、中间接头的红外测温和环流检测工作,根据测量结果差异化调整带电检测周期,对于温度异常或负荷满载的电缆线路应做到每日一次红外测温,实时掌握温度变化情况,便于制定正确的检修策略,做到对每一条新投运电缆线路开展局放检测,有效保障电缆运行安全可靠。
5) 加强电缆通道运维全过程管理,借助电缆井盖智能监测,形成电缆隧道进出管理办法与考核机制, 任何人员进入电缆通道前必须办理书面审批手续,由运维单位人员负责对隧道内的施工作业进行监督、验收、检查,同时由施工人员负责清理施工作业现场,有效保证电缆及其附属设备的可靠运行。
6) 在重要电缆隧道内高压单芯电缆中间接头或终端头处,安装实时视频监控系统,并在电缆隧道通风口加装金属网,有效防止人或小动物进入,加强电缆护套接地线的防盗措施,实时监控和掌握电缆运行环境,及时发现异常情况。
4 结论
本文通过对实际单芯电缆护套接地线缺陷案例的分析,例证了单芯电缆金属护套的保护接地方式对电缆的安全可靠、稳定运行的重要性。同时,对高压单芯电缆运行应用、维护管理工作进行了总结并提出了几种运维管理建议,有助于保障高压单芯电缆安全可靠运行,以进一步提高供电可靠性。
参考文献
[1]夏永辉.高压单芯电缆外护套故障查测及修复方法[J].供用电,2012,29(2):67-69.
[2]牛海清,王晓兵,张尧.基于迭代法的单芯电缆载流量的研究[J].高电压技术,2006,32(11):41-44.
[3]张东斐.配电电缆[M].北京:中国电力出版社,2010.
[4]欧景茹,祁树文,杨世春,等.高压单芯电缆线路金属护套接地方式[J].吉林电力,2005,(2):19-25.
[5]Q/GDW 512—2010电力电缆线路运行规程[S].2010.
[6]朱爱钧.超高压长距离大截面电缆的护层感应电压[J].供用电,2006,23(6):7-9.
[7]毛为民.电力电缆相序阻抗计算与分析[J].供用电,2002,19(4):24-25.