基于接地电流高压电缆交叉互联故障分析

　　摘要：在电缆交叉互联箱内将高压电缆金属护套进行交叉互联，是降低高压电缆金属护套感应电压的常用手段。但是因为在实际情况中，因为电缆铺设的环境较为复杂，交叉互联箱会受到外界因素的影响发生受潮、进水和外力破坏等多种情况，都会对高压电缆的金属护套造成破坏，出现交叉互联故障，从而给系统运行埋下安全隐患。本文主要对110kV及以上XLPE高压电缆的交叉互联故障进行系统的研究和分析，利用ATP-EMTP电磁暂态软件，来进行建模操作和仿真操作，并且对在不同故障下接地电流的变化特点进行了详细的分析，为之后的高压电缆进行故障检测工作提供一定的依据。

　　关键词：接地电流;高压电缆;交叉互联;故障;分析

　　1导言

　　随着科学技术的发展，科技改变了人们生活的方方面面，也为整个电力系统带来了翻天覆地的变化，尤其是在高压电缆的应用中取得了飞速的发展。高压电缆(110kV-220kV)金属护套交叉互联接地系统有很好的供电可靠性，对环境的适应力较好，以及拥有较好的美观性，在供电系统中得到大量的应用。为了保护高压电缆(110kV-220kV)金属护套交叉互联接地系统的绝缘安全，通常将金属护套进行交叉互联。

　　基于接地电流法对高压电缆交叉互联故障进行分析，区别于当前其它方式的故障检测方法，它不需要对电缆原有的接线结构进行任何的改动，利用高压电流传感器可以对高压电缆的接地电流进行长期的数据采集且不会对系统安全运行产生影响。在实际的测量中十分方便、准确。文中以单回路高压供电电缆为例，对交叉互联故障的原因和故障后接地电流的变化进行了研究，总结出不同故障下接地电流的特点，为高压电缆的故障判断提供依据。所以，护套换相的成功进行，意义十分重大，有助于帮助整个系统能够安全的运行。

　　2单芯电缆的特点

　　电缆线芯和金属护套之间的关系可以看作一个空心变压器。电缆线芯相当于变压器的一次侧绕组，金属护套相当于变压器的二次侧绕组。当线芯中通入交变电流时，在其周围就会产生交变磁场，金属护套处于交变磁场中就会产生一定的感应电压，当形成回路时护套中就会有感应电流流过。

　　3接地电流产生的机理

　　当高压电缆线路很长时，通常就会采用金属护套交叉互联，它将电缆线路人为的分成若干个大段(大于1000m)，每一大段等分为三小段，每一小段之间装设绝缘接头，然后将这三小段电缆的金属护套在交叉互联箱内进行换位，在绝缘接头处装设一组接地保护器，同时将每一大段进行并联后接地。令三相电缆对称排列，在理想情况下，每小段金属护套产生的感应电流幅值相等，在相位上互差120°，三相基本平衡，这样就可以有效的中和掉大段金属护套上产生的感应电流。高压电缆实际铺设的过程中，尽量使三相电缆呈正三角形排列，但是在需要转弯地方和护套进行交叉互联换位时，都无法使电缆呈正三角排列，因此即使对护套进行了正确的交叉换位，也会有很小的接地电流的产生。由于接地电流很小，不会造成护套发热，破坏绝缘，因此不会对高压电缆的安全运行产生影响。

　　4故障分析

　　4.1两交叉互联箱接线方式不一致

　　一个大段电缆内的三小段金属护套在进行交叉换位时，由于两个交叉互联箱的换位方式不一致，使被换位的三小段金属护套中有两端甚至是三段护套上产生的感应电流方向一致，每一小段的感应电流无法相互中和，导致换位失败产生较大的接地电流。

　　4.2电缆接头的绝缘隔板被击穿

　　当电缆接头的绝缘隔板由于雷击或者过电压被击穿时，就会造成护套两端直接连接，本应三段进行的交叉互联变成了两段的交叉互联，失去了换位的作用，造成接地电流增大。

　　4.3护层保护器被击穿

　　单芯电缆护层保护器是防止单芯电缆外护层在冲击过电压作用下损坏的一种金属氧化物避雷器，保护器在正常情况下是绝缘的。但当电缆受到强雷击过电压时就可能造成护套保护器被击穿，一旦护套保护器被击穿就相当于护套直接接地，交叉互联的三小段就出现一段感应电流丢失的情况，致使交叉互联失败。

　　4.4交叉互联箱进水

　　由于交叉互联箱所处的环境非常复杂，所以在雨季交叉互联箱进水的情况时有发生，在一些地势较低的地方甚至出现交叉互联箱被水完全淹没的情况，一旦出现交叉互联箱被水完全淹没，就相当于电缆的金属护套两端完全接地，会产生相当大的接地电流。

　　5建立模型并进行仿真分析

　　本次试验模型选择的是应用比较广泛的单芯电缆，本次试验电缆长度为1200m，将其平均分成3个400m的小段，并且使用Bergeron模型来建立。它在建模时使用的是分布参数方法，并且利用了特征线的方法来计算波在线路的过程;再利用梯形积分，来计算线路中的暂态过程。实验开始后，分别模拟了在两个交叉互联箱内所有可能发生的故障情况，并且对电流的变化进行观察，搭建了一个交叉互联模型，来模拟电缆正常运行。

　　对已经建立的模型进行仿真，运行仿真软件，得到以下所示的护套接地电流仿真图。从系统正常运行时的仿真图可以看出，当系统的交叉互联稳定运行时，感应电流相互中和，没有影响。当一号交叉互联箱发生单接地时，护套的接地电流在相位上变化不大，只是增大了某些幅值。但是接地箱护套的接地电流变化较大，在幅值和相位上都有很大变化。

　　发生故障时，两相护套的接地电流变化十分明显，相位和正常运行时候的相位相比也有明显的不同。当系统出现交叉互联错误时，和护套出现接地故障是不一样的。但是护套交叉互联发生连线错误时，不能中和每个小段上产生的感应电流，就会被叠加到最终被检测的接地电流上，所以导致护套的电流幅度增高。从上述仿真实验得出的结果来看，接地电流的实际变化和我们进行的理论分析的结果是相同的，通过分析不同的故障发生时接地电流的特点，发现在发生不同故障时，接地电流也表现出不同的明显特征。

　　电力论文投稿刊物：《电工材料》(季刊)创刊于1973年，由桂林电器科学研究院主办。是中国电器工业协会电工合金分会会刊，是以宣传国内外电工材料领域的先进技术为主、面向国内外公开发行的综合性专业科技期刊。本刊宗旨：旨在推动电工材料及其应用行业的技术进步，为促进行业创新服务。

　　6结论

　　随着中国城镇化建设的浪潮，高压电缆在城市建设中的应用越来越广泛，为保护XLPE高压电缆绝缘安全，通常采用将金属护套进行交叉互联，因此，护套换相成功对系统的稳定安全运行有积极意义。本文提出了基于高压电缆(110kV-220kV)金属护套交叉互联接地系统交叉互联故障分析，设计了一套故障分析仿真模型，它不需要改动原有的电缆，只要利用高压电流传感器就可以，并且还能使系统正常的运行。通过建立一套仿真模型，不断的进行仿真模拟，观察在发生不同的故障时，接地电流有什么不一样的变化，根据不同的变化来分析故障所属的类型。希望可以为以后的高雅电缆的故障检测提供一种新的方法和依据，也希望可以帮助我国电网更好地建设，促进我国经济更好更快的发展。

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　　作者：孙舒蕾

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