敖富榮

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

500 kV高壓電纜外護(hù)套環(huán)流在線監(jiān)測(cè)裝置故障分析與處理

敖富榮

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

統(tǒng)計(jì)了龍灘水電廠500 kV交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜外護(hù)套環(huán)流在線監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)故障的類型,并根據(jù)故障情況通過理論計(jì)算分析故障產(chǎn)生的原因,提出了合理的解決方案,為高壓電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)的故障的分析及處理起到指導(dǎo)作用。

500 kV高壓電纜；環(huán)流；在線監(jiān)測(cè)；故障分析；龍灘水力發(fā)電廠

0 引 言

500 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜運(yùn)行系統(tǒng)由電纜本體和附件共同構(gòu)成,其中附件包括中間接頭、終端接頭及交叉互聯(lián)系統(tǒng)。電纜系統(tǒng)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行過程中,均可能因生產(chǎn)工藝不良或產(chǎn)品質(zhì)量問題及運(yùn)行環(huán)境差而產(chǎn)生一些小缺陷。這些缺陷受外施電場(chǎng)作用而發(fā)生局部放電、局部溫升、介質(zhì)損耗增大等物理現(xiàn)象,加速電纜系統(tǒng)老化,甚至造成電纜系統(tǒng)事故。通過在線監(jiān)測(cè)或檢測(cè)能及時(shí)了解電纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),保障其安全、可靠地運(yùn)行。

為了保障電站安全穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)電纜的運(yùn)行監(jiān)測(cè)提出了較高的要求。本文結(jié)合龍灘水電廠現(xiàn)場(chǎng)高壓電纜運(yùn)行維護(hù)情況,記錄及分析電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù),總結(jié)分析了高壓電纜接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置故障情況,探討500 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)裝置故障的分析及處理方法。

1 高壓電纜接地系統(tǒng)及接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況

1.1 高壓電纜接地系統(tǒng)

當(dāng)高壓電纜中有電流流過時(shí),金屬護(hù)層會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,為了保證電纜的安全運(yùn)行,金屬護(hù)層一般要可靠接地,為了抑制較大的感應(yīng)接地環(huán)流,一般用單端接地和交叉互聯(lián)接地的方法進(jìn)行接地。護(hù)層接地環(huán)流會(huì)隨著絕緣狀態(tài)的變化而增大,絕緣狀態(tài)良好時(shí),接地感應(yīng)環(huán)流接近于零,當(dāng)外護(hù)套破損導(dǎo)致多點(diǎn)接地,電阻變小,環(huán)流會(huì)變得很大,當(dāng)主絕緣層發(fā)生絕緣劣化,電纜線芯和護(hù)層之間電容減小,感應(yīng)電流增大[1]。

表1 金屬護(hù)套對(duì)地電壓及接地環(huán)流數(shù)據(jù)

龍灘水電廠電纜金屬護(hù)層接地方式采用一端直接接地、另一端經(jīng)過護(hù)層保護(hù)器接地,這種接地方式適用于500 M以下的電纜線路。該接地方式一般是線路與電纜連接處直接接地,金屬護(hù)層的其他部分對(duì)地絕緣。當(dāng)線路不對(duì)稱或發(fā)生短路故障時(shí),金屬護(hù)套上的感應(yīng)環(huán)流最大可以達(dá)到線芯電流的90%以上,將產(chǎn)生很大的環(huán)流損耗,使電纜主絕緣發(fā)熱,影響電纜的載流量,加速電纜絕緣老化,影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[2]。

此種接地方式中安裝了回流線,回流線是一條沿電纜線路平行敷設(shè)的導(dǎo)體,此導(dǎo)體兩端接地,其作用是產(chǎn)生反向磁感線來降低感應(yīng)電壓。裝設(shè)回流線可降低短路故障時(shí)金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓,避免干擾二次回路的正常運(yùn)行。

1.2 高壓電纜金屬護(hù)層接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況

龍灘水電廠投產(chǎn)時(shí)安裝了接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置,用于監(jiān)測(cè)各相電纜接地環(huán)流,該裝置由電流互感器及監(jiān)測(cè)裝置組成,電流測(cè)量范圍為0～2.5 A。在現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí),裝置監(jiān)測(cè)顯示電流值指示“正常”,均在2.3 A左右。但從表1采用鉗型電流表實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)看,各相電纜接地電流在4.9～7.0 A范圍內(nèi),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯存在較大偏差。

2 故障類型統(tǒng)計(jì)及原因分析

2.1 故障現(xiàn)象及類型

自2007年首臺(tái)發(fā)電機(jī)投產(chǎn)以來,500 kV高壓電纜接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置故障不斷,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),故障數(shù)量高達(dá)78條,累計(jì)處理次數(shù)78臺(tái)次。故障主要表現(xiàn)為三類：一類是監(jiān)控屏及現(xiàn)地報(bào)警,且報(bào)警信號(hào)無法復(fù)歸；二類是現(xiàn)地接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置顯示屏卡、“0”顯示或亂碼現(xiàn)象；三類是現(xiàn)地接地環(huán)流流監(jiān)測(cè)裝置黑屏死機(jī)現(xiàn)象。故障類型統(tǒng)計(jì)數(shù)見表2，三類故障的故障率分別是28.2%、25.6%、46.2%。

2.2 故障原因分析

根據(jù)缺故障類型及處理情況分析如下：從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置顯示數(shù)據(jù)方面可知,“正?！苯拥丨h(huán)流在2.2～2.5 A之間,而通過鉗形電流表實(shí)測(cè)的接地環(huán)流值在4.9～6.9 A,因此說明高壓電纜金屬護(hù)層接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置不能夠較準(zhǔn)確的反映高壓電纜護(hù)層的電流情況,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯存在較大偏差,測(cè)量單元精度較差。

表2 故障類型統(tǒng)計(jì)

接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置在報(bào)警狀態(tài)下,被監(jiān)測(cè)的高壓電纜接地回流線電流及接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置顯示電流均未達(dá)到報(bào)警值,因此判斷報(bào)警信號(hào)屬于誤報(bào)。經(jīng)將裝置停電復(fù)歸處理,卡屏、誤報(bào)信號(hào)故障復(fù)歸后正常運(yùn)行,但一段時(shí)間后仍然會(huì)出現(xiàn)類似故障,說明該裝置穩(wěn)定性較差。

據(jù)統(tǒng)計(jì)分析歷來缺陷故障發(fā)現(xiàn),有46.2%的故障是裝置死機(jī),約占故障率的一半。針對(duì)死機(jī)類故障,對(duì)裝置進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)二極管元件損壞。分析原因是裝置質(zhì)量較差,裝置不穩(wěn)定和抗干擾能力弱導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。

經(jīng)過對(duì)各類故障分析總結(jié),測(cè)量單元精度差及監(jiān)測(cè)裝置性能不穩(wěn)定、裝置參數(shù)配置不符合實(shí)際要求是導(dǎo)致監(jiān)測(cè)裝置重復(fù)故障的主要原因。

2.3 高壓電纜金屬外護(hù)套電流及感應(yīng)電壓計(jì)算

計(jì)算正常運(yùn)行電壓下高壓電纜的金屬外護(hù)套電流為

(1)

式中,C為1 km的電纜電容值,取0.145 μF/km；

表3 改造前、后及實(shí)測(cè)電流數(shù)據(jù)

L為最長一根電纜的長度,取519 m；UN為電纜正常運(yùn)行電壓,取500 kV。

由式(1)計(jì)算出的高壓電纜金屬護(hù)層電流最大值為6.82 A,而接地監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到的護(hù)層電流最大值為2.3 A,實(shí)際運(yùn)行過程中,通過鉗形電流表實(shí)測(cè)的電流最大值為6.9 A,因此說明高壓電纜金屬護(hù)層接地環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置不能較準(zhǔn)確的反映高壓電纜護(hù)層的電流情況。

按感應(yīng)電壓正常運(yùn)行時(shí),電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓為0.133 V/m計(jì)算,可計(jì)算出金屬護(hù)套電壓值為69.02 V,而實(shí)際運(yùn)行時(shí)金屬護(hù)套電壓值在37.8～51.3 V,龍灘水電站金屬護(hù)套感應(yīng)電壓小于70 V屬于正常。

3 故障處理

為確保高壓電纜能夠安全可靠運(yùn)行,在檢修期間針對(duì)以上問題進(jìn)行改造。將原來開合式電流互感器更換為精度較高的電流互感器,使其測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。重新根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析選型監(jiān)測(cè)裝置,選型的監(jiān)測(cè)裝置具備監(jiān)測(cè)容量充裕、可設(shè)置上限報(bào)警并可手動(dòng)復(fù)歸,具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議并能輸出到監(jiān)控系統(tǒng),抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)裝置。其中電流互感器改為精度較高的電流互感器,變比為20/1,二次負(fù)載不小于0.5 VA,10P10級(jí)別,這樣既可以保障測(cè)量的精度準(zhǔn)確,同時(shí)也可以保證電纜在故障、雷擊和暫態(tài)過電壓的情況下,不至于損壞監(jiān)測(cè)裝置設(shè)備。

自2015年10月選型更換電流互感器及監(jiān)測(cè)裝置處理至今,裝置顯示電流與實(shí)際運(yùn)行實(shí)測(cè)電流一致,且監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控到高壓電纜接地環(huán)流的大小。高壓電纜正常運(yùn)行時(shí),裝置未出現(xiàn)誤報(bào)警、黑屏、卡屏或“0”顯示等故障。針對(duì)故障較多的機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)改造,改造后裝置顯示電流與改造前及實(shí)測(cè)電流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表3。

4 結(jié) 語

本文結(jié)合龍灘500 kV高壓電纜接地系統(tǒng)的特點(diǎn),依據(jù)理論公式對(duì)高壓電纜的金屬外護(hù)套電流進(jìn)行理論計(jì)算,結(jié)合實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行重新選型改造,解決了初始安裝所選的環(huán)流監(jiān)測(cè)裝置及電流互感器選型不當(dāng)而導(dǎo)致高壓電纜正常運(yùn)行期間出現(xiàn)裝置誤報(bào)警、黑屏、卡屏或“0”顯示、死機(jī)等裝置故障難題,提高了設(shè)備的可靠性。同時(shí)有助于高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及分析,保障了高壓電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述,此次500 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)裝置故障的分析及處理方法可行,選型改造的裝置運(yùn)行正常為高壓電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)的故障的分析及處理起到指導(dǎo)作用。

[1]陳創(chuàng)庭. 環(huán)流法監(jiān)測(cè)XLPE電纜金屬護(hù)套多點(diǎn)接地[J]. 高電壓技術(shù), 2002(1): 45- 46．

[2]王波, 羅進(jìn)圣, 黃宏新, 等. 220 kV高壓單芯電力電纜金屬護(hù)套環(huán)流分析[J]. 高壓技術(shù), 2009, 45(5): 141- 145．

(責(zé)任編輯 王 琪)

Fault Analysis and Treatment of On-line Circulation Monitoring Device for the Outer Sheath of 500 kV High-voltage Cable

AO Furong

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The faults of on-line circulation monitoring device for the outer sheath of 500 kV XLPE insulated power cable in Longtan Hydropower Plant are summarized, the causes of faults are analyzed according to fault statistic and theoretical calculation, and finally the reasonable solutions are proposed. The analysis results play a guiding role to fault analysis and treatment of high-voltage cable grounding circulation on-line monitoring device．

500 kV high-voltage cable; circulation; on-line monitoring; fault analysis; Longtan Hydropower Plant

2016- 02- 16

敖富榮(1985—),男,云南曲靖人,助理工程師，技師,主要從事電氣一次設(shè)備檢修維護(hù)工作．

TM85

B

0559- 9342(2017)04- 0023- 03