一起110kV电缆安装缺陷的分析和处理

罗进圣

　　(杭州市电力局，浙江杭州310004）
　　安徽省某供电局中心变110kV中支Ⅰ线、中支Ⅱ线电缆投运于1996年，电缆采用澳大利亚一著名电缆公司生产的XLPE电缆（不锈钢金属护套），中间接头和终端分别选用美国ELSTIMOLD和G＆W公司产品。中支线电缆每回路长1430m（电缆段长分别为490、480、460m）、中间绝缘接头两组，金属护套采用交叉互联接地，即电缆两侧终端金属护套直接接地、绝缘接头处护套三相之间用同轴电缆经交叉互联箱（内有一组保护器）进行换位连接。近年来在运行中支Ⅰ线、中支Ⅱ线电缆终端塔处接地扁铁发热严重（三相金属护套都单独通过接地扁铁接地），以下介绍对这一缺陷的查找、分析和处理。
1缺陷的测试和分析
　　根据现场情况，由于中支线接头和接地箱自投运以来一直浸泡在2m多深的水中，接地箱又没有备用的密封圈，因此首先对两回路电缆金属护套环流进行测试，本文以中支Ⅰ线测试结果为例进行分析，中文Ⅱ线的测试结果相近。测试时中支Ⅰ线载流量为44A，而其接地系统环流见表1（2号接头未测试）。
从表1中的测试结果可看出接地系统的环流值占电缆载流量比例非常高，表明电缆的接地系统存在严重的缺陷。这种缺陷的产生有两种可能性：　　（1）交叉互联箱内接地线换位有误，导致电缆末端金属护套对地开路电压很高（电缆交叉互联单元末端金属护套感应电动势接近零），而电缆两侧终端直接接地，接地系统形成了很大的环流。　
　（2）根据现场的实际情况看，中支Ⅰ线、中支Ⅱ线的两组接头和交叉互联箱长期浸泡在水中，互联箱内保护器可能受潮而导通，三段电缆金属护套两端都分别直接接地而形成很大的环流。中心变110kV电缆工程为国外电缆厂家的“交钥匙工程”，电缆附件均由外方专家负责安装，考虑到外方专家的素质和丰富的安装经验，交叉互联箱内接地线换位不当这种错误发生的可能性较小，所以起初分析认为第（2）种可能性较大。为了便于快速准确地找出缺陷的原因，对中支Ⅰ线、中支Ⅱ线的环流在分别断开终端塔侧各相接地线情况下，测试对中心变各相环流的影响，其中中支Ⅰ线（载流量为130A）的测试结果见表2。1．2缺陷分析
　　正常情况下，电缆金属护套的换位有两种方法（以A相为例）：Ⅰ段A相（A1）级1号交叉互联箱换位至Ⅱ段B相（B2）、通过2号互联箱换位至C相（C3），即A1－B2－C3换位法，参见图1。另一种为A1－C2－B3换位法，参见图2。　　从换位图可以看出，如果一个交叉换位单元电缆金属护套存在较大的环流，假设金属套A1端接地线拆除，金属护套的回路就断开，那么在C3（图1接法）或B3（图2接法）处测得的环流接近零。考虑到电缆外护套可能破损，A1端接地线拆除后，C3或B3处环流相对接地线拆除前应明显变小，但从表2中的数据发现，终端塔处A、B、C相接地线分别拆除后，与之相对应的中心变A、B、C相环流迅速变小，这意味中支线电缆金属护套经过两只交叉互联箱换位后又回到原相位。根据前面的分析，可以推测中支Ⅰ线、中支Ⅱ线电缆安装缺陷是因金属护套换位有误引起的。
　　经过初步分析后，打开原来的4只交叉互联箱，并通过查看其接线方式，找到了缺陷产生的真
正原因：中支Ⅰ线、中支Ⅱ线1号接头井内两只交叉互联箱结构相同，其结构示意图见图3。从图3可以分析出经过1号接地箱后金属护套的换位情况：A1－B2、B1－C2、C1－A2；2号接头井内两只互联箱与1号接地箱结构不同，其结构示意图见图4，从图4可以分析出经过2号接地箱后金属护套的换位情况：A2－C3、B2－A3、C2－B3；也就是说通过1号、2号交叉互联箱换位后，电缆金属护套接线方式为：A1－B2－A3、B1－C2－B3、C1－A2－C3，换位方式见图5，这显然与图1或图2所示的交叉互联单元电缆金属护套正确换位方法不同，也与前面金属护套护套换位有误的推测相吻合。　　采用图1或图2的金属护套换位法时，若三段电缆等长，三段金属护套的感应电压值相等、而相位角相差120°，则三相矢量和为零，因此理论上交叉互联单元电缆两侧终端护套对地开路电压为零，也就没有环流，但由于中支线三段电缆不等长且外护套非金属护套多处破损，中支线金属护套有较小的环流。因中支线电缆金属护套采用图5所示错误的换位方式，理论分析指出电缆末端金属护套的感应电压将为单段金属护套感应电压的两倍。根据中支Ⅰ线、中支Ⅱ线电缆的排列方式（横向中心距S＝250mm、纵向间距D＝350mm），若电缆载流量为400A时，理论上可计算出电缆末端金属护套的感应电压为70V左右，在金属护套两端直接接地情况下，将形成非常大的环流。
　　根据上述分析，得出如下结论：中支Ⅰ线、中支Ⅱ线电缆施工时，电缆厂家提供的4只交叉互联箱有两种结构，每种结构各有两只，在电缆相位不变的情况下，同一个交叉互联单元的两只接地箱应相同，这样才能确保护套护套换位的正确性，但澳大利亚公司安装的中支线每回路的两只接地箱结构均不同，而安装人员又未对接地箱进线采取正确的换位方式来保证整个交叉互联单元金属护套接线的正确性，导致了金属护套换位错误引起电缆末端金属护套对地电压升高，接地系统产生了非常大的环流。
1．3缺陷的危害
　　中支线这种因金属护套换位错误造成接地系统过大环流的缺陷主要有三大危害。
　　（1）消耗了大量的电能。中支线每回路主供一只50000kVA的主变，若电缆的年平均载流量为150A，根据表1、表2环流与载流量的关系，可以估算出电缆平均环流I≥50A，接地系统的回路电阻（包括金属护套电阻和接地电阻）取R＝0．25Ω，那么每年每回路电缆接地系统消耗的电能为：
　　P＝3I²RT＝16．425kW·h
　　可见电缆金属护套因换位错误造成的线损是非常惊人的。
　　（2）降低了电缆的设计载流量。由于金属护套通过大电流而发热，导致电缆散热困难，发热将会加速电缆主绝缘老化，并且电缆的最大载流量较多只能达到设计值的2／3，极大地浪费了资源。
　　（3）降低了供电可靠率。若电缆接头同轴电缆与金属护套焊接处存在虚焊，而金属护套又通过大故。
2缺陷的处理
根据中支线电缆缺陷原因，对中支线的接地系统进行了改造。为了便于今后接地系统检修维护、环流测试及接地箱防水的需要，决定把四只接地箱从水中移至路面上，订做了4只按照图2所示的换位法换位的直立式交叉互联箱。考虑到规程中规定中间接头的同轴电缆不大于5m，接地箱移到路面的位置应是同轴电缆最短的位置。由于原同轴电缆长度不够，采用新同轴电缆对接，为防止水分沿同轴电缆进入接头而引起电缆接头爆炸，新老同轴电缆的对接选用防水性能好的绕包接头。中支线接地系统改造完毕后，测试的中支Ⅰ线的环流，在载流量相同情况下，电缆金属护套重新换位后环流比原先大幅下降。这也证明中支线电缆缺陷为金属护套换位有误造成。
3结束语
　（1）对国外厂家的“交钥匙工程”不要盲目相信，在施工过程中要加强监理，施工结束时要求提供完整的竣工资料；交付使用后，要加强运行工作以便及时发现缺陷，在合同有效期内向外方索赔。　　
（2）要重视高压单芯电缆的接地装置，应周期性地测试其环流，以便及时发现和处理缺陷，减少线损和提高供电可靠率，为了便于测试和检修，电缆的接地箱尽可能要露面。
　　（3）在电缆交叉互联单元设计中，三段电缆要等长，电缆敷设过程中要尽量避免电缆外护套受损，以减少不必要的环流和线损。
参考文献
[1]刘子玉,王惠明,电力电缆结构设计原理[M].西安:西安交通大学出版社,1995.