发热原因分析
赖罗彬，李宏力，张昌孜
(贵州电网公司都匀供电局，贵州 都匀 558000)
Analysis on the Heating of Grounding Box of High-voltage Cable Jacket
Insulation Protection
LAI Luobin, LI Hongli, ZHANG Changzi
(Guizhou Power Grid Corporation Duyun Power Supply Bureau, Duyun 558000, Guizhou Province, China)
〔摘 要〕 针对某变电站电缆出线套管旁高压电缆外壳绝缘护层保护接地箱发热的现象，通过电缆外绝缘护层试验找出了故障点，并通过对悬浮电压的计算和分析，找出了保护接地箱发热的根本原因，提出了防止高压电缆外壳绝缘护层保护接地箱发热的建议。
〔关键词〕 高压电缆；绝缘护层；悬浮电压；接地箱
Aiming at the heating phenomenon of grounding box of insulation protection of high-voltage Abstract:
cable jacket beside cable outlet sleeves in a substation, the paper finds out the fault points through the test of cable outer insulation layer, and finds out the root cause of the heating of grounding box through calculation and analysis on floating voltage, then puts forward some suggestions on preventing the heating of grounding box of high voltage cable jacket insulation protection.
high-voltage cable; insulating sheath; floating voltage; grounding boxKey words:
中图分类号:TM757 文献标识码:A 文章编号:1008-6226 (2019) 05-0061-03
0 引言
随着城市的快速发展，电缆入地项目势在必行。因此，对高压电缆外壳绝缘护层保护接地箱发热的研究分析是一项很重要的工作，对电网的安全稳定可靠运行具有重要的意义。
以下针对现有运行中的110 kV高压电缆外壳绝缘护层保护接地箱存在的发热问题进行分析，并根据现场试验结果详细分析发热原因，并提出相应的有效解决措施。
站开展例行的110 kV GIS设备壳体温度检测工作时发现，GIS电缆出线套管旁高压电缆外壳绝缘护层保护接地箱发热，外壳温度达到73.9 ℃。运检中心检修人员立即对110 kV进线高压电缆停电并进行详细检查，发现A相电缆护层保护器连接铜排发热及保护器本体击穿烧坏，如图1所示。
2 原因分析
2.1 电缆外绝缘护层情况
110 kV进线高压电缆外壳绝缘护层保护采用每回每相电缆两端单点接地方式：一端直接经接地箱接地，一端经保护器接地箱接地。线路正常运行时，按线路满载流量437 A计算，金属护套的最
611 故障情况
2016-02-17，高压试验班在对110 kV某变电
电力安全技术第21卷(2019年第5期)大感应电压不小于50 V时电缆采用排管敷设方式，水平排列。
保护器发热处保护器击穿、烧坏
图1 电缆保护接地箱情况
2.2 电缆外绝缘护层试验
对110 kV进线高压电缆金属护层进行试验，发现电缆金属护层A相有断点情况。试验结果如表1所示。
表1 电缆护层绝缘试验结果 MΩ
相别两侧不接地
某变侧三相接地
相间某变侧三相接地
A2025AB23B50AC25C
5
0
BC
0
2.3 保护接地箱发热原因分析
电缆金属护套一端采用直接接地箱接地，另一端采用保护接地箱接地。正常运行时，电缆保护器趋于高电阻状态，感应电流不会在电缆金属护层中产生。当A相电缆金属护层故障点断开后，此时该电缆金属护层在故障点处于悬空状态。电缆导体与金属护套、金属护套与大地之间分别形成C1，
C2 2个同轴圆柱形电容，而C1，C2又构成了电容分压器，使金属护套产生悬浮电位，其大小为电容C1，C2对导体、对地电压U0的分压U2。当悬浮电压U2大于保护器动作电压U1 (4.3 kV)时，电缆金属护套保护器在此电压作用下接通，并产生对地放电电流。
由于A相电缆金属护套接地一直处于悬空状态，保护器一直通过放电电流产生发热，传导至金属铜排使其温度升高，导致保护接地箱发热。
623 悬浮电压计算与分析
高压电缆的结构如图2所示。高压电缆可以等效为同轴电缆，可根据高斯定理计算和分析该封闭曲面的电气参数。
导电线芯导体包带导体屏蔽绝缘绝缘屏蔽半导电阻水带皱纹铝护套防蚀层外护套(外涂半导电层)
图2 110 kV高压电缆结构
对于电缆而言，由于对称的关系特性，在积分的过程中只需计算圆柱侧面上电场通量。在电缆中距电缆中心x处取单位长度的圆柱体有：
E2πx1=q/ε1；
其中，E为场强，ε1为介质常数，q为电量。由此可得电压为：
U=E R0
q0
qRdL= dR1
2πxεRL= ln1
2πεR0/R1；其中:R0为绝缘材料半径；R1为导体线芯半径。单位长度的圆柱体电容为：
C= =2πquε1iε0× ；lnR/R
01
其中:εi为绝缘介质常数，ε0为真空介质常数。在电缆外护套具有良好接地点的情况下，根据此进线电缆型号YJLW03-Z-64/110-1X500可知，导电线芯r1为13.3 mm，绝缘屏蔽r2为32.05 mm，皱纹铝护套r3为42 mm，外护套r4为48 mm，L为电缆的计算长度3.775 km，U0为64 kV，YJLW的相对介质常数ε1为2.3，护套的相对介质常数ε2为5.0，空气介质常数为ε0为8.85，因此电缆线芯导体与金属护套之间形成的电容为：
CεL1=2π×1ε0× 。 ln(r2/r1)
金属护套与地之间形成的电容为：
第21卷(2019年第5期)电力安全技术Cε× 。 L2=2π×2ε0ln(r3/r4)
电缆绝缘层接地产生的悬浮电压为：U C12=CCU0。
1+2
代入相关数值，计算得到悬浮电压：U2=4 468.7 V。
为了更清楚地描述这种放电过程，建立如图3所示的简单电路模型。
C2R图3 简化电路模型
当感应电压大于保护器动作电压时，金属护套对地电容C2对地瞬时放电，接地电阻不大于4 Ω，则产生的放电电流为I=U2/R=4 468.7/4 A≈1.117 kA 。
由以上计算可知，当电缆金属护层A相有断点时，金属护套完全失去接地后，产生的悬浮电压大于护套保护器动作电压。长此以往，保护器在此电压下产生感应电流将会使保护器击穿，形成单端接地点。
当保护器击穿后，形成单端接地状态，断开点在电缆线路的中间处，因电缆全长为3.775 km,则L为1.887 5 km。A相电压Ua为64 kV，根据电缆电容计算公式得：
Ia=0.1 UaLK；
其中，K为变电站增加的接地电容电流值系数，110 kV电压等级取为1.10；Ua为A相电压；L为所计算电缆电容电流长度。
由此可得A相电缆电容电流为：Ia=0.1 UaLK=0.1×64×1.887 5×1.1=13.288 A。由此看出，保护器在此电流长期作用下发热、传导至铜排使其温度升高，导致接地箱发热。
4 悬浮电压的危害
(1) 悬浮电压过大，产生很大的电容电流，保护器长期在此电流作用下会导致击穿。
(2) 电缆外护套击穿，造成接地短路。(3) 电缆接头局部温度升高，容易引起火灾。
5 解决悬浮电压的措施
(1) 建议在进行110 kV高压电缆、中间头、接地保护箱及接地线的设计和选型时，应充分考虑南方湿冷的运行环境，选用性能更佳的电缆和附件，确保外护套绝缘有更好的安全保障。
(2) 加强在电缆敷设、安装等环节的质量监管。在设计、土建、电缆敷设及安装过程中加强现场到位监管力度，确保满足敷设电缆的安全措施及技术要求规范。
(3) 运维部门必须严格按预试规程对电缆线路进行预试，对外护套绝缘不合格的电缆线路必须停电检修，并及时查找和修复外护套故障。
(4) 在查找外护套故障效率方面采用较好的先进仪器和测试方法。
(5) 采用高压电缆外护套在线检测技术，实时监测电缆金属护层运行电流和电缆表面温度，并以GPRS通信方式将实时测量数据发送至后台监控服务器，以便及时监测电缆外护套绝缘状态。参考文献：
1 中华人民共和国住房和城乡建设部，国家质量监督检验 检疫总局．电力工程电缆设计标准：GB 50217—2018 [S]． 北京：中国计划出版社，2018.
2 盛 鹏，李 杰．110 kV电缆线路护层接地方式及护层 保护的一些措施[J]．四川电力技术，2008，31(增刊)： 91-94.
3 水利电力部西北电力设计院．电力工程电气设计手册 电 气一次部分[M]．北京：中国电力出版社，1989.
收稿日期：2018-12-17。作者简介：
赖罗彬(1977—)，男,技师，主要从事高压电气设备检修和高电压技术管理工作，email:139842288@qq.com。
李宏力(1974—)，男，高级工程师，主要从事高电压及一次设备技术管理工作。
张昌孜(1986—)，男，助理工程师，主要从事变电设备维护及设备运行管理工作。
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