株树桥水电站机组出线电缆过热问题探讨

（浏阳市株树桥水库管理局长沙市410300）

株树桥水电站机组出线电缆过热问题探讨

何遇雨

（浏阳市株树桥水库管理局长沙市410300）

发电机组出线电缆。多根并联连接，在安装制作电缆头时制作不规范，形成环流，引起电缆电流不平衡，导致电缆异常发热，重新制作电缆头，可消除发热现象。

株树桥电站电缆过热问题排查

1 问题的出现

电站改造后，机组出线母线由原来的铝母线更改为单芯电缆，改造运行一段时间后，1号、2号机组运行过程中发出单相接地故障信号，1、2号机组三相电压不正常，停机检查，电缆桥架空间温度高达60℃，测量电缆表面温度（允许温度70℃），最高温度超过100℃,最低温度也有85℃。

2 原因分析

2.1 发电机及电缆基本参数

（1）3台发电机组运行参数，P=8 000 kW，S= 10 000 kVA，U=6 300 V，I=916 A。

（2）发电机出线每相采用2根电压等级为10 kV、直径为￠300的单芯交联电缆冷缩式户内终端铜电缆。

2.2 造成电缆异常发热和保护动作的可能原因

发电机过负荷，出线电流超过额定值；改造后，电缆选型不当，出线电缆容量偏小；电缆质量不合格；电缆层通风条件差，散热效果不佳；线鼻子未压接好和螺丝未扭紧；单芯电缆两端直接接地，电缆的金属屏蔽层可能产生环流。

2.3 针对可能存在的原因，进行现场分析试验：

（1）根据以上发电机运行参数，排除机组过负荷运行的可能。

（2）电发电机额定电流为916 A，按照规范，一般铜导线安全载流量为（5～8）A/mm2，根据以上数据，可以排除出线电缆容量偏小的可能。

（3）对电缆进行直流泄露、直流电阻等检查试验，试验合格，排除电缆质量不合格问题。

（4）电缆层现场通风条件差，电缆挤在一起，电缆散热不良，但通风差不是电缆发热的主要原因。

（5）机组出线电缆螺丝、线鼻子均已压紧安装好。

（6）排查了上述可能存在的原因，却没有找到真正的根源所在，对于存在事故隐患的发电机，不能贸然投入运行，为了消除事故隐患，排除上述几种可能，电缆发热最有可能的状态是产生了环流。检修人员切开换下来的电缆头，发现电缆头的制作不规范，电缆头是用单芯交联电缆冷缩式户内终端，电缆头的制作应严格按照说明书的安装步骤进行。但原电缆头制作终端时，在两端应该缠绝缘带的位置，缠上了半导体带，半导体带在电缆温度升高的情况下，融化，使本该绝缘的，处于半导电状态，就与接地线一起，相当于电缆屏蔽层两端接地而形成了环流，导致温度升高。

3 原理分析

3.1 对电缆接地的一般规定

（1）35 kV及以下电压等级的三相电缆都采用两端接地方式。这是因为电缆在正常运行中，流过3个线芯的电流总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。

（2）单芯电缆应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。电缆线路不长时，电缆金属护套应在线路一端直接接地，另一端经过电压保护器接地；电缆线路很长时，可以采用金属护套交叉互联。

当单芯电缆一端接地时，长度越长，电缆非直接接地端产生的感应电压越高，为保证人身安全，电缆在正常运行时，非直接接地端感应电压应限制在50 V以内，在短路等故障情况下，金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压，配合系数不小于1.4。因此，一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。电缆金属护套中间直接接地、两端经过电压保护器接地，是一端直接接地的引伸，可以把一端直接接地电缆的最大长度增加一倍，接线方式和原理与一端直接接地一样。即使采用金属护套中间接地，也会有很高的感应电压。这时可以采用金属护套交叉互联，电缆线路很长时（大约在1 000 m以上），可将电缆线路分成若干大段，每大段原则上分成长度相等的三小段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处金属护套三相之间用同轴引线经接线盒进行换位连接（即交叉互联），绝缘接头处装设一组保护器，每一大段的两端金属护套分别互联接地，在完全换位的情况下，电缆护套中无环流通过。据此，高压电缆线路安装时，应该按照GB50217－1994《电力工程电缆设计规程》的要求，并应对地绝缘。应采取金属护套分段绝缘或绝缘后连接成交叉互联的接线。为了减小单芯电缆线路对邻近辅助电缆及通信电缆的感应电压，应尽量采用交叉互联接线。对于电缆长度不长的情况下，可采用单点接地的方式。为保护电缆护层绝缘，在不接地的一端应加装护层保护器。

3.2 单芯电缆屏蔽层两端接地的危害

采用单芯电缆，单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组。如果两端的屏蔽同时接地，当单芯电缆线芯通过电流时会在金属屏蔽层与大地之间形成回路，产生感应电流，这样电缆屏蔽层会发热，损耗大量的电能，影响线路的正常运行。

感应电压的高低与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，当电缆线路发生短路故障、遭受雷电冲击或操作过电压时，屏蔽上会形成很高的感应电压。电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，甚至可能击穿电缆外护套。

单芯电缆两端直接接地，电缆的金属屏蔽层还可能产生环流，据相关报导单芯电缆两端接地产生的环流可达到电缆线芯正常输送电流的30%～80%，这既降低了电缆的载流量、又浪费电能形成损耗，并加速了电缆绝缘老化，因此单芯电缆不应两端接地。电气接线如附图，电压、电流公式如下。

附图交叉互联电气接线图

三芯电流是平衡的：

各相电流护套上感应电压：

其中W为角频率，I为电流，S为AB相间距

3.3 屏蔽层一端接地要注意的事项

然而，当金属屏蔽层有一端不接地后，接着带来了下列问题：当雷电流或过电压波沿线芯流动时，电缆金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压；在系统发生短路时，短路电流流经线芯时，电缆金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压，在电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，将导致出现多点接地，形成环流。因此，在采用一端互联接地时，必须采取措施限制护层上的过电压，安装时应根据线路的不同情况，按照经济合理的原则在金属屏蔽层的一定位置采用特殊的连接和接地方式，并同时装设护层保护器，以防止电缆护层绝缘被击穿。

4 处理办法

（1）对存在问题的所有电缆头进行重新制作，严格按照电缆头制作工艺要求进行。

（2）电缆头制作完成后按照电缆试验规范进行绝缘和直流泄露试验，试验合格方能投入使用。

（3）在安装新电缆时对电缆终端采用一端接地，另一端不接地加装护层保护器的方式，避免可能造成两端接地的情形出现。

（4）运行中加强环流和电缆温度监视。

通过上述处理，经过长时间运行发电，发电机出口电缆再也没有出现过热现象，发电机出口电压也非常稳定，运行正常。

5 结语

单芯电缆接地方式必须根据实际情况进行选择，并严格按照制作安装要求进行。防止电缆制作安装时出现的半导体材料发热融化导致的接地，防止人为疏忽最终形成两点接地产生环流和发热。防止损耗电能和电缆绝缘老化，防止事故的发生。

2016-12-20）

何遇雨（1972-），女，大学专科，工程师，注册一级建造师，主要从事机电安装工程，电话13637483631。