基于接地電流高壓電纜交叉互聯故障分析

　　摘要：在電纜交叉互聯箱內將高壓電纜金屬護套進行交叉互聯，是降低高壓電纜金屬護套感應電壓的常用手段。但是因為在實際情況中，因為電纜鋪設的環境較為復雜，交叉互聯箱會受到外界因素的影響發生受潮、進水和外力破壞等多種情況，都會對高壓電纜的金屬護套造成破壞，出現交叉互聯故障，從而給系統運行埋下安全隱患。本文主要對110kV及以上XLPE高壓電纜的交叉互聯故障進行系統的研究和分析，利用ATP-EMTP電磁暫態軟件，來進行建模操作和仿真操作，并且對在不同故障下接地電流的變化特點進行了詳細的分析，為之后的高壓電纜進行故障檢測工作提供一定的依據。

　　關鍵詞：接地電流;高壓電纜;交叉互聯;故障;分析

　　1導言

　　隨著科學技術的發展，科技改變了人們生活的方方面面，也為整個電力系統帶來了翻天覆地的變化，尤其是在高壓電纜的應用中取得了飛速的發展。高壓電纜(110kV-220kV)金屬護套交叉互聯接地系統有很好的供電可靠性，對環境的適應力較好，以及擁有較好的美觀性，在供電系統中得到大量的應用。為了保護高壓電纜(110kV-220kV)金屬護套交叉互聯接地系統的絕緣安全，通常將金屬護套進行交叉互聯。

　　基于接地電流法對高壓電纜交叉互聯故障進行分析，區別于當前其它方式的故障檢測方法，它不需要對電纜原有的接線結構進行任何的改動，利用高壓電流傳感器可以對高壓電纜的接地電流進行長期的數據采集且不會對系統安全運行產生影響。在實際的測量中十分方便、準確。文中以單回路高壓供電電纜為例，對交叉互聯故障的原因和故障后接地電流的變化進行了研究，總結出不同故障下接地電流的特點，為高壓電纜的故障判斷提供依據。所以，護套換相的成功進行，意義十分重大，有助于幫助整個系統能夠安全的運行。

　　2單芯電纜的特點

　　電纜線芯和金屬護套之間的關系可以看作一個空心變壓器。電纜線芯相當于變壓器的一次側繞組，金屬護套相當于變壓器的二次側繞組。當線芯中通入交變電流時，在其周圍就會產生交變磁場，金屬護套處于交變磁場中就會產生一定的感應電壓，當形成回路時護套中就會有感應電流流過。

　　3接地電流產生的機理

　　當高壓電纜線路很長時，通常就會采用金屬護套交叉互聯，它將電纜線路人為的分成若干個大段(大于1000m)，每一大段等分為三小段，每一小段之間裝設絕緣接頭，然后將這三小段電纜的金屬護套在交叉互聯箱內進行換位，在絕緣接頭處裝設一組接地保護器，同時將每一大段進行并聯后接地。令三相電纜對稱排列，在理想情況下，每小段金屬護套產生的感應電流幅值相等，在相位上互差120°，三相基本平衡，這樣就可以有效的中和掉大段金屬護套上產生的感應電流。高壓電纜實際鋪設的過程中，盡量使三相電纜呈正三角形排列，但是在需要轉彎地方和護套進行交叉互聯換位時，都無法使電纜呈正三角排列，因此即使對護套進行了正確的交叉換位，也會有很小的接地電流的產生。由于接地電流很小，不會造成護套發熱，破壞絕緣，因此不會對高壓電纜的安全運行產生影響。

　　4故障分析

　　4.1兩交叉互聯箱接線方式不一致

　　一個大段電纜內的三小段金屬護套在進行交叉換位時，由于兩個交叉互聯箱的換位方式不一致，使被換位的三小段金屬護套中有兩端甚至是三段護套上產生的感應電流方向一致，每一小段的感應電流無法相互中和，導致換位失敗產生較大的接地電流。

　　4.2電纜接頭的絕緣隔板被擊穿

　　當電纜接頭的絕緣隔板由于雷擊或者過電壓被擊穿時，就會造成護套兩端直接連接，本應三段進行的交叉互聯變成了兩段的交叉互聯，失去了換位的作用，造成接地電流增大。

　　4.3護層保護器被擊穿

　　單芯電纜護層保護器是防止單芯電纜外護層在沖擊過電壓作用下損壞的一種金屬氧化物避雷器，保護器在正常情況下是絕緣的。但當電纜受到強雷擊過電壓時就可能造成護套保護器被擊穿，一旦護套保護器被擊穿就相當于護套直接接地，交叉互聯的三小段就出現一段感應電流丟失的情況，致使交叉互聯失敗。

　　4.4交叉互聯箱進水

　　由于交叉互聯箱所處的環境非常復雜，所以在雨季交叉互聯箱進水的情況時有發生，在一些地勢較低的地方甚至出現交叉互聯箱被水完全淹沒的情況，一旦出現交叉互聯箱被水完全淹沒，就相當于電纜的金屬護套兩端完全接地，會產生相當大的接地電流。

　　5建立模型并進行仿真分析

　　本次試驗模型選擇的是應用比較廣泛的單芯電纜，本次試驗電纜長度為1200m，將其平均分成3個400m的小段，并且使用Bergeron模型來建立。它在建模時使用的是分布參數方法，并且利用了特征線的方法來計算波在線路的過程;再利用梯形積分，來計算線路中的暫態過程。實驗開始后，分別模擬了在兩個交叉互聯箱內所有可能發生的故障情況，并且對電流的變化進行觀察，搭建了一個交叉互聯模型，來模擬電纜正常運行。

　　對已經建立的模型進行仿真，運行仿真軟件，得到以下所示的護套接地電流仿真圖。從系統正常運行時的仿真圖可以看出，當系統的交叉互聯穩定運行時，感應電流相互中和，沒有影響。當一號交叉互聯箱發生單接地時，護套的接地電流在相位上變化不大，只是增大了某些幅值。但是接地箱護套的接地電流變化較大，在幅值和相位上都有很大變化。

　　發生故障時，兩相護套的接地電流變化十分明顯，相位和正常運行時候的相位相比也有明顯的不同。當系統出現交叉互聯錯誤時，和護套出現接地故障是不一樣的。但是護套交叉互聯發生連線錯誤時，不能中和每個小段上產生的感應電流，就會被疊加到最終被檢測的接地電流上，所以導致護套的電流幅度增高。從上述仿真實驗得出的結果來看，接地電流的實際變化和我們進行的理論分析的結果是相同的，通過分析不同的故障發生時接地電流的特點，發現在發生不同故障時，接地電流也表現出不同的明顯特征。

　　電力論文投稿刊物：《電工材料》(季刊)創刊于1973年，由桂林電器科學研究院主辦。是中國電器工業協會電工合金分會會刊，是以宣傳國內外電工材料領域的先進技術為主、面向國內外公開發行的綜合性專業科技期刊。本刊宗旨：旨在推動電工材料及其應用行業的技術進步，為促進行業創新服務。

　　6結論

　　隨著中國城鎮化建設的浪潮，高壓電纜在城市建設中的應用越來越廣泛，為保護XLPE高壓電纜絕緣安全，通常采用將金屬護套進行交叉互聯，因此，護套換相成功對系統的穩定安全運行有積極意義。本文提出了基于高壓電纜(110kV-220kV)金屬護套交叉互聯接地系統交叉互聯故障分析，設計了一套故障分析仿真模型，它不需要改動原有的電纜，只要利用高壓電流傳感器就可以，并且還能使系統正常的運行。通過建立一套仿真模型，不斷的進行仿真模擬，觀察在發生不同的故障時，接地電流有什么不一樣的變化，根據不同的變化來分析故障所屬的類型。希望可以為以后的高雅電纜的故障檢測提供一種新的方法和依據，也希望可以幫助我國電網更好地建設，促進我國經濟更好更快的發展。

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　　作者：孫舒蕾

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