500 kV高壓電纜外護套環流在線監測裝置故障分析與處理

敖富榮

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

500 kV高壓電纜外護套環流在線監測裝置故障分析與處理

敖富榮

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

統計了龍灘水電廠500 kV交聯聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜外護套環流在線監測裝置出現故障的類型,并根據故障情況通過理論計算分析故障產生的原因,提出了合理的解決方案,為高壓電纜接地環流在線監測的故障的分析及處理起到指導作用。

500 kV高壓電纜；環流；在線監測；故障分析；龍灘水力發電廠

0 引 言

500 kV交聯聚乙烯高壓電纜運行系統由電纜本體和附件共同構成,其中附件包括中間接頭、終端接頭及交叉互聯系統。電纜系統在生產、運輸、安裝和運行過程中,均可能因生產工藝不良或產品質量問題及運行環境差而產生一些小缺陷。這些缺陷受外施電場作用而發生局部放電、局部溫升、介質損耗增大等物理現象,加速電纜系統老化,甚至造成電纜系統事故。通過在線監測或檢測能及時了解電纜系統的運行狀態,保障其安全、可靠地運行。

為了保障電站安全穩定運行,對電纜的運行監測提出了較高的要求。本文結合龍灘水電廠現場高壓電纜運行維護情況,記錄及分析電纜接地環流在線監測運行數據,總結分析了高壓電纜接地環流監測裝置故障情況,探討500 kV交聯聚乙烯高壓電纜接地環流在線監測裝置故障的分析及處理方法。

1 高壓電纜接地系統及接地環流在線監測運行情況

1.1 高壓電纜接地系統

當高壓電纜中有電流流過時,金屬護層會產生感應電壓,為了保證電纜的安全運行,金屬護層一般要可靠接地,為了抑制較大的感應接地環流,一般用單端接地和交叉互聯接地的方法進行接地。護層接地環流會隨著絕緣狀態的變化而增大,絕緣狀態良好時,接地感應環流接近于零,當外護套破損導致多點接地,電阻變小,環流會變得很大,當主絕緣層發生絕緣劣化,電纜線芯和護層之間電容減小,感應電流增大[1]。

表1 金屬護套對地電壓及接地環流數據

龍灘水電廠電纜金屬護層接地方式采用一端直接接地、另一端經過護層保護器接地,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,金屬護層的其他部分對地絕緣。當線路不對稱或發生短路故障時,金屬護套上的感應環流最大可以達到線芯電流的90%以上,將產生很大的環流損耗,使電纜主絕緣發熱,影響電纜的載流量,加速電纜絕緣老化,影響電力系統的安全運行[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的導體,此導體兩端接地,其作用是產生反向磁感線來降低感應電壓。裝設回流線可降低短路故障時金屬護層的感應電壓,避免干擾二次回路的正常運行。

1.2 高壓電纜金屬護層接地環流在線監測運行情況

龍灘水電廠投產時安裝了接地環流監測裝置,用于監測各相電纜接地環流,該裝置由電流互感器及監測裝置組成,電流測量范圍為0～2.5 A。在現場檢查時,裝置監測顯示電流值指示“正常”,均在2.3 A左右。但從表1采用鉗型電流表實際測量數據看,各相電纜接地電流在4.9～7.0 A范圍內,監測數據明顯存在較大偏差。

2 故障類型統計及原因分析

2.1 故障現象及類型

自2007年首臺發電機投產以來,500 kV高壓電纜接地環流監測裝置故障不斷,據不完全統計,故障數量高達78條,累計處理次數78臺次。故障主要表現為三類：一類是監控屏及現地報警,且報警信號無法復歸；二類是現地接地環流監測裝置顯示屏卡、“0”顯示或亂碼現象；三類是現地接地環流流監測裝置黑屏死機現象。故障類型統計數見表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

根據缺故障類型及處理情況分析如下：從現場監測裝置顯示數據方面可知,“正常”接地環流在2.2～2.5 A之間,而通過鉗形電流表實測的接地環流值在4.9～6.9 A,因此說明高壓電纜金屬護層接地環流監測裝置不能夠較準確的反映高壓電纜護層的電流情況,監測數據明顯存在較大偏差,測量單元精度較差。

表2 故障類型統計

接地環流監測裝置在報警狀態下,被監測的高壓電纜接地回流線電流及接地環流監測裝置顯示電流均未達到報警值,因此判斷報警信號屬于誤報。經將裝置停電復歸處理,卡屏、誤報信號故障復歸后正常運行,但一段時間后仍然會出現類似故障,說明該裝置穩定性較差。

據統計分析歷來缺陷故障發現,有46.2%的故障是裝置死機,約占故障率的一半。針對死機類故障,對裝置進行解體檢查,發現裝置內二極管元件損壞。分析原因是裝置質量較差,裝置不穩定和抗干擾能力弱導致經常出現死機現象。

經過對各類故障分析總結,測量單元精度差及監測裝置性能不穩定、裝置參數配置不符合實際要求是導致監測裝置重復故障的主要原因。

2.3 高壓電纜金屬外護套電流及感應電壓計算

計算正常運行電壓下高壓電纜的金屬外護套電流為

(1)

式中,C為1 km的電纜電容值,取0.145 μF/km；

表3 改造前、后及實測電流數據

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

由式(1)計算出的高壓電纜金屬護層電流最大值為6.82 A,而接地監測裝置檢測到的護層電流最大值為2.3 A,實際運行過程中,通過鉗形電流表實測的電流最大值為6.9 A,因此說明高壓電纜金屬護層接地環流監測裝置不能較準確的反映高壓電纜護層的電流情況。

按感應電壓正常運行時,電纜金屬護套感應電壓為0.133 V/m計算,可計算出金屬護套電壓值為69.02 V,而實際運行時金屬護套電壓值在37.8～51.3 V,龍灘水電站金屬護套感應電壓小于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行,在檢修期間針對以上問題進行改造。將原來開合式電流互感器更換為精度較高的電流互感器,使其測量數據精準。重新根據現場實際分析選型監測裝置,選型的監測裝置具備監測容量充裕、可設置上限報警并可手動復歸,具有標準的通訊協議并能輸出到監控系統,抗干擾能力強、性能穩定的監測裝置。其中電流互感器改為精度較高的電流互感器,變比為20/1,二次負載不小于0.5 VA,10P10級別,這樣既可以保障測量的精度準確,同時也可以保證電纜在故障、雷擊和暫態過電壓的情況下,不至于損壞監測裝置設備。

自2015年10月選型更換電流互感器及監測裝置處理至今,裝置顯示電流與實際運行實測電流一致,且監控系統能實時監控到高壓電纜接地環流的大小。高壓電纜正常運行時,裝置未出現誤報警、黑屏、卡屏或“0”顯示等故障。針對故障較多的機組進行試驗改造,改造后裝置顯示電流與改造前及實測電流數據統計見表3。

4 結 語

本文結合龍灘500 kV高壓電纜接地系統的特點,依據理論公式對高壓電纜的金屬外護套電流進行理論計算,結合實際測量數據進行對比分析。根據實際情況進行重新選型改造,解決了初始安裝所選的環流監測裝置及電流互感器選型不當而導致高壓電纜正常運行期間出現裝置誤報警、黑屏、卡屏或“0”顯示、死機等裝置故障難題,提高了設備的可靠性。同時有助于高壓電纜運行狀態監測及分析,保障了高壓電纜的安全穩定運行。

綜上所述,此次500 kV交聯聚乙烯高壓電纜接地環流在線監測裝置故障的分析及處理方法可行,選型改造的裝置運行正常為高壓電纜接地環流在線監測的故障的分析及處理起到指導作用。

[1]陳創庭. 環流法監測XLPE電纜金屬護套多點接地[J]. 高電壓技術, 2002(1): 45- 46．

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

(責任編輯 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備檢修維護工作．

TM85

B

0559- 9342(2017)04- 0023- 03