福建煉油乙烯項目廠區(qū)至新油庫供電線路改造工程中，從福聯(lián)乙烯項目220kV中心變電站35kV開關柜引兩條35KV高壓電纜到新油庫配電中心。電纜編號為MSSGH02-29SGH01-01和MSSGH02-29SGH01-02。電纜每回路長6430m（電纜段長分別為1200、1200、1200、980、1080、990m）、中間絕緣接頭4組，金屬護套采用交叉互聯(lián)接地，即電纜兩側終端及中間頭金屬護套通過直接接地小箱直接接地、絕緣接頭處護套三相之間用同軸電纜經(jīng)交叉互聯(lián)箱（內(nèi)有一組保護器）進行換位連接。即電纜線路敷設、安裝過程中護套采用完整的交叉互聯(lián)換位接地方式。見圖1。

圖1 護套交叉互聯(lián)的電纜線路示意圖

在安裝調(diào)試后投入試運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)MSSGH02-29SGH01-01電纜送電端及中間接地處接地線發(fā)熱嚴重。首先對這回路電纜金屬護套環(huán)流進行測試，測試時該電纜載流量為44A。兩端的接地線接地，電纜金屬護套環(huán)流三相電流實測見表1。斷開兩端的接地線，電纜末端金屬護套的感應電壓三相均為60V。表明電纜的交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)存在嚴重的缺陷。

表1 交叉互聯(lián)換位處理前的護套內(nèi)感應環(huán)流試驗實測值（電纜始點位置A、B、C三相）

查找和分析所測出的缺陷

初步判定，回路電纜金屬護套產(chǎn)生環(huán)流，是由于交叉互聯(lián)箱內(nèi)接地線換位有誤，導致電纜末端金屬護套對地開路電壓很高（電纜交叉互聯(lián)單元末端金屬護套感應電動勢接近零），而電纜兩側終端直接接地，接地系統(tǒng)形成了很大的環(huán)流。

1 、交叉互聯(lián)原理

將每大段電纜分為長度相等的三小段每段之間裝絕緣接頭，接頭處護層三相之間用同軸電纜引線經(jīng)交叉互聯(lián)箱及保護器進行換位連接。使各大段電纜上的感應電壓幅值相等，相位相差120度?？偢袘妷旱南蛄亢蜑榱?，不可能產(chǎn)生環(huán)形電流或者說環(huán)流很小，感應電壓最高值小于50V。

交叉互聯(lián)的作用：

• 通過交叉互聯(lián)箱換位 —— 限制護層感應電壓小于50V
• 兩端直接接地 —— 環(huán)流很小
• 不受電纜線路長度限制 —— 可裝多個絕緣接頭滿足要求
• 裝設護層保護器 —— 有效限制雷電及操作過電壓

正常情況下，電纜金屬護套的換位為（以A相為例）：Ⅰ段A相（A1）通過同軸電纜到1號交叉互聯(lián)箱換位至Ⅱ段C相（C2）、通過同軸電纜到2號互聯(lián)箱換位至B相（B3），即A1－C2－B3換位法，參見圖1。通過兩個交叉互聯(lián)箱,兩次互換,實現(xiàn)感應電壓疊加后向量為零,起到限制感應電壓的作用。護套內(nèi)感應電壓合矢量見圖2。

圖2 護套內(nèi)感應電壓合矢量圖

2、故障分析

經(jīng)過技術人員對MSSGH02-29SGH01-01電纜金屬護套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的施工現(xiàn)場詳細核對，發(fā)現(xiàn)中間接頭交叉互聯(lián)換位的制作過程中,雖各相交叉互聯(lián)換位接線無錯誤,但工程技術人員未重視和核實確# 1 、#2 絕緣接頭的送電端和受電端必須統(tǒng)一的約定,即# 1 、#2 絕緣接頭同軸電纜的外導體必須從統(tǒng)一約定接送電端，同軸電纜的內(nèi)導體必須從統(tǒng)一約定接受電端。#2 絕緣接頭同軸電纜錯誤接法如圖3所示，造成護套內(nèi)的感應電流方向與設計方案相反,致護套交叉互聯(lián)換位失敗,導致護套內(nèi)環(huán)流增大。

圖3 　送、受電端接點錯誤示意圖

中間接頭交叉互聯(lián)錯誤換位后的電流流向如下（以A 相為例）：即A 相護套中的感應電流經(jīng)A 相護套至#1 絕緣接頭的同軸電纜外導體和接頭換位箱,再經(jīng)過C 相#1 絕緣接頭的同軸電纜內(nèi)導體至C 相第2 段電纜護套,經(jīng)B 相# 2 絕緣接頭的同軸電纜內(nèi)導體和接頭換位箱經(jīng)過A 相# 2 絕緣接頭的同軸電纜外導體至A 相第3 段電纜的護套最后入地。A、B、C三相電流流向如圖4所示。

圖4 A、B、C三相電流流向如圖

由于# 1 、# 2 中間接頭同軸電纜內(nèi)外導體沒有和送、受電端接點統(tǒng)一約定, 安裝的35kV電纜交叉互聯(lián)未達到護套換位目的。

錯誤換位方式的合電壓矢量圖如圖5 。因中支線電纜金屬護套采用圖3所示錯誤的換位方式，理論分析指出電纜末端金屬護套的感應電壓將為單段金屬護套感應電壓的1.732倍。

圖5 錯誤換位方式的合電壓矢量圖（以A相為例）

缺陷的危害

35kV電纜這種因金屬護套換位錯誤造成接地系統(tǒng)過大環(huán)流的缺陷主要有三大危害。

（1）消耗了大量的電能。MSSGH02-29SGH01-01電纜每回路主供一只50000kVA的主變，若電纜的年平均載流量為150A，可以估算出電纜平均環(huán)流I≥50A，接地系統(tǒng)的回路電阻（包括金屬護套電阻和接地電阻）取R＝0．25Ω，那么每年每回路電纜接地系統(tǒng)消耗的電能為：P＝3I2RT＝16.425kW·h

可見電纜金屬護套因換位錯誤造成的線損是非常驚人的。

（2）降低了電纜的設計載流量。由于金屬護套通過大電流而發(fā)熱，導致電纜散熱困難，發(fā)熱將會加速電纜主絕緣老化，并且電纜的最大載流量較多只能達到設計值的2／3，極大地浪費了資源。

（3）降低了供電可靠率。若電纜接頭同軸電纜與金屬護套焊接處存在虛焊，而金屬護套又通過大電流而容易損壞造成。

正確交叉互聯(lián)換位及解決方案

針對圖1 接線錯誤,本文經(jīng)過矢量法分析和計算后提出改造接點錯誤的兩種方案:

• 直接將# 1或# 2接頭同軸電纜內(nèi)外導體和送、受電端接點相調(diào)換,按圖1接線方式;
• 將# 1 或# 2 接頭換位箱中任一個連板按圖7的方法連接,護套中的感應電流流向則變?yōu)閳D7所示流向從A1-C2- B3入地。

鑒于電纜中間接頭已制作完成、同軸電纜內(nèi)、外導體的接法不可更改的現(xiàn)狀,唯一可改變的是交叉互聯(lián)換位接地箱中的銅接板。福建煉油乙烯項目部采用用方案②處理。因此,將# 1 或# 2 中間交叉互聯(lián)換位接地箱中的任一個連板按圖7 接線方式改造,護層中的感應電流流向即可變?yōu)榱飨驈腁1-C2–B3入地。

圖6 改造前接地箱的銅接板連接方式

圖7 改造后接地箱的銅接板連接方式

經(jīng)測試，斷開兩端的接地線，電纜末端金屬護套的感應電壓為2V（測試時該電纜載流量為44A）。護套中環(huán)流試驗結果見表2 。真正達到圖2 理想狀況的可能性很小,因3 相單芯電纜長度每段電纜長度不可能絕對相等。故還會有不平衡感應電壓，形成電流流過護套。改造后電纜線路的金屬護套完全達到交叉換位目的。

表2 交叉互聯(lián)換位處理后的護套內(nèi)感應環(huán)流試驗實測值（電纜始點位置A、B、C三相）

結論

1. 同軸電纜內(nèi)外導體和送、受電端接點接線錯誤將導致護套交叉換位失敗。在安裝交叉互聯(lián)換位接地箱之前必須統(tǒng)一約定接線方式,同一組電纜金屬護套交叉互聯(lián)接地中接頭方式必須一致。
2. 交叉互聯(lián)換位過程中,任何接點錯誤將導致護套交叉換位失敗。在安裝同軸電纜時同一組電纜金屬護套交叉互聯(lián)接地中各接頭的換位箱A、B、C 連板相必須在相同位置。
3. 護套感應環(huán)流試驗可有效地檢驗護套交叉換位狀況。必須加強電纜巡視,如發(fā)現(xiàn)同軸電纜電流異常,應查明原因并及時糾正。
4. 要重視高壓單芯電纜的接地裝置，應周期性地測試其環(huán)流，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理缺陷，減少線損和提高供電可靠率。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“一起35kV高壓電力電纜安裝缺陷的分析和處理”，作者為莊義國、謝文焜。）