国网福建省电力有限公司泉州供电公司 卢志忠

一起220 kV电缆外护层接地电流异常缺陷的分析及处理

国网福建省电力有限公司泉州供电公司 卢志忠

电缆外护层接地电流是判断电缆外护层绝缘是否良好的重要依据，准确测量接地电流是开展电缆状态监测的前提。在一起220 kV电缆外护层接地电流伪异常缺陷中，通过查找缺陷原因，诊断现有接地电缆连接方式存在的若干问题，并提出改进措施，防范此类缺陷再次发生。

电缆外护层接地电流 伪异常 连接方式 缺陷原因 改进措施

220 kV大城Ⅱ路电缆线路于2013年11月27日投运，长227 m，电缆型ZRYJLW03-220-1×2500，采用一端直接接地、另一端保护接地的接地方式。

1 缺陷发现过程

2016年8月3日，输电运检室电缆班在220 kV大城Ⅱ路电缆隧道巡视时发现在离站内终端塔大约10 m处有异常响声，现场初步试拧异响临近支架未发现明显松动。

如图2，220 kV大城Ⅱ路自投运以来，三相外护层接地电流值在3A～75A，对于一端保护接地另一端直接接地的接地方式，该数值明显偏大，但三相接地电流基本平衡。

图1 220 kV大城Ⅱ路电缆护层接地方式1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—同轴电缆内导体接金属护套；5—同轴电缆外导体接支架；6—保护器；7—连接片；8—接地箱

如图3，2016年1月26日开始，三相接地电流不平衡度增加，最大值与最小值比远大于3。

图2 220 kV大城Ⅱ路电缆线路外护层接地电流异常情况

图3 220 kV大城Ⅱ路电缆线路外护层接地电流突变情况

2016年8月5日运维人员现场实测B相外护层接地电流值为102.2A（运行电流为552A），较8月1日测得的57.5A（运行电流为467A）增幅达77%。

2 初步原因分析

2.1 220 kV大城Ⅱ路采用一端保护接地另一端直接接地的接地方式，该种接地方式下金属护层只存在电容电流，数值很小，故判断三相电缆保护接地箱中的保护器故障或三相电缆存在两点接地。

图4 B相局放检测结果（中心频率2MHz）

图5 B相局放检测结果（中心频率4MHz）

图6 B相局放检测结果（中心频率8MHz）

2.2 2016年1月26日后，三相护层接地电流突变，不平衡度增加。查找线路故障情况后发现，2016年1月 26日16时54分，220 kV大城Ⅰ路电缆线路B相终端头故障，线路跳闸，重合不成功。因220 kV大城Ⅰ、Ⅱ路共用接地网，故判断220 kV大城Ⅰ路故障，短路电流流过接地网，导致接地网电位升高，进而使220 kV大城Ⅱ路金属护层电位升高，使外护层绝缘薄弱处击穿，导致多点接地，三相护层电流突变，不平衡度增加。

2.3 2016年8月3日发现的B相电缆异响及8月1日～8月5日实测外护层电流值突变，判断B相电缆存在局部放电。

3 检查情况

3.1 保护接地箱检查情况

2016年8月4日，为判断护层保护器是否损坏，运维人员对220 kV大城Ⅱ路站内电缆终端头接地箱内的护层保护器两端电压进行测量，A、B、C三相保护器两端电压分别为24.4V、20.5V、24.1V，远大于零，保护器正常。

图7 接地电缆（靠近法兰处）焊接至终端塔平台结构图

3.2 B相电缆局放检测情况

2016年8月5日，运维人员对220 kV大城II路B相进行局放检测，通过电缆局放结果，作为判断B相电缆是否发生两点或多点接地提供判据。试验结果表明B相电缆运行正常，未发生局部放电。

3.3 电缆本体巡视及检测

发现缺陷后，运维人员先后三次开展电缆本体巡视，包括一次夜巡，运用超声波局放检测仪、紫外线探伤仪、红外测温仪等手段，均未发现电缆外护层破损点。同时，若电缆存在接地点，接地电流会通过最近的金属支架流入接地网，运维人员利用局放设备自带的柔性电流互感器（柔性CT变比为10 uV/ A）对每根支架环流进行检测，仍未检测到疑似接地电流。

4 缺陷原因分析

4.1 外护层接地电流值异常原因分析

经过以上三个部分排查，发现排查结果与初步原因分析有较大出入。对此，泉州公司从其他角度入手，翻阅竣工资料，发现一处基建遗留缺陷可能是诱因。

220 kV大城Ⅱ路竣工投产前，运维班组在验收过程中发现，三相电缆终端接地电缆（靠近法兰处）焊接至终端塔平台，如图7。

8月5日，运维人员利用局放设备自带的柔性电流互感器（柔性CT变比为10 uV/ A）,对金属护套引出端、平台焊接点和接地线三处测量电流值，结果如表1所示。

表1 金属护套引出端、平台焊接点和接地线三处测量电流值

通过对平台网格进行测量，在每个网格中可测得大小在2A左右的电流值。

检测结果显示三相电缆外护层接地电流在1.4-2.5A，与电容电流值吻合。日常维护过程中接地电缆上测得的电流值实际上为三相电缆外护层接地电流与平台流向接地电缆的电流的叠加，且后者远大于前者，故三相电缆终端接地电缆（靠近法兰处）焊接至终端塔平台这一基建遗留缺陷是三相电流产生“伪异常”的原因。

在确定异常原因后，运维人员进一步对大城Ⅱ路电缆金属护套引出端与平台焊接处进行红外测温，三相焊接处温度分别为39.3℃、42.6℃、34.8℃，结果显示在焊接点处温度大于周边材料温度，进一步验证了该处有较大电流汇集，导致金属材料发热集中。

4.2 接地线接地电流值突变原因分析

由于三相接地线实际测到的值为三相电缆外护层接地电流与平台流接地电缆的电流的叠加，且后者远大于前者，故引起突变的主要因素为平台流向接地电缆的电流。从外护层接地电流历史数据可以看出，2016年1月26日前后的外护层接地电流数值发生突变，即平台流向接地电缆的电流发生突变。

如图8、图9所示，在护层保护器端产生感应电势Es1，金属护套回路阻抗为Z1，平台上感应电势为Es2，平台金属构件等效阻抗为Z2，接地电缆等值阻抗为Z3，接地电缆电流I3即为护层电流I1与平台网格电流I2的向量和。因三相的感应电势和电路阻抗不完全相等，导致三相接地电缆电流值产生差异。

图8 电缆终端接地电流路径图

图9 电缆接地电流等效电路图

通过以上分析，判断在2016年1月26日220 kV大城Ⅰ路电缆故障后，短路电流引起平台接地阻抗突变，进而导致平台流向接地电缆的电流发生突变，最终引起接地电缆测到的接地电流值突变。

4.3 B相电缆异响原因分析

通过检查分析后确认三相电缆外护层接地电流值正常，故可以进一步判断B相电缆异响不属于局部放电发出的。对此，运维人员拆除B相运行电流在线监测装置配套的电流互感器以进一步判断。在拆除电流互感器过程中，发现异响声产生变化，经过多点观察，在电缆支架上发现一处未完全紧固螺栓，将螺栓完全紧固后，异响消失，最终判断异响是电缆运行产生的电动力和在线监测CT饱和引起的振动使螺栓松动，与支架碰撞后产生的持续性尖锐声。异响原因的判定也进一步排除了B相两点或多点接地的可能性。

5 改进措施

5.1 在设计及施工阶段，应避免电缆终端接地电缆与地电位存在两个连接点，尤其是塔身与接地电缆存在第二个连接点。

5.2 在电缆金属支架、金属护套引出端、平台焊接点等区域测量接地电流时，因空间有限无法利用现有的钳型电流表进行测量，转而利用局放设备自带的柔性电流互感器，测量精度存在一定的误差，只适合用于定性测量。今后在运维过程中应配置精度高的柔性电流表用于诊断性检测。

5.3 在双回及多回线路共用接地网时，当一回线路故障后应及时进行接地电阻测量，查看接地电阻是否发生变化。

6 结论

本文从一起电缆外护层接地电流伪异常缺陷入手，通过现场查找、带电检测和技术分析等手段，查找出缺陷原因：

（1）该起缺陷是一起因接地线电缆连接方式设计不当，导致外护层接地电流“伪异常”。

（2）双回路共用接地网时，其中一回线路故障导致平台接地阻抗突变是引起接地电缆突变的主要原因。