福建煉油乙烯項(xiàng)目廠區(qū)至新油庫供電線路改造工程中，從福聯(lián)乙烯項(xiàng)目220kV中心變電站35kV開關(guān)柜引兩條35KV高壓電纜到新油庫配電中心。電纜編號(hào)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(hù)套采用交叉互聯(lián)接地，即電纜兩側(cè)終端及中間頭金屬護(hù)套通過直接接地小箱直接接地、絕緣接頭處護(hù)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(hù)器）進(jìn)行換位連接。即電纜線路敷設(shè)、安裝過程中護(hù)套采用完整的交叉互聯(lián)換位接地方式。見圖1。

圖1 護(hù)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(yùn)行一段時(shí)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(yán)重。首先對(duì)這回路電纜金屬護(hù)套環(huán)流進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)該電纜載流量為44A。兩端的接地線接地，電纜金屬護(hù)套環(huán)流三相電流實(shí)測(cè)見表1。斷開兩端的接地線，電纜末端金屬護(hù)套的感應(yīng)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(yán)重的缺陷。

表1 交叉互聯(lián)換位處理前的護(hù)套內(nèi)感應(yīng)環(huán)流試驗(yàn)實(shí)測(cè)值（電纜始點(diǎn)位置A、B、C三相）

查找和分析所測(cè)出的缺陷

初步判定，回路電纜金屬護(hù)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(dǎo)致電纜末端金屬護(hù)套對(duì)地開路電壓很高（電纜交叉互聯(lián)單元末端金屬護(hù)套感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)接近零），而電纜兩側(cè)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(hù)層三相之間用同軸電纜引線經(jīng)交叉互聯(lián)箱及保護(hù)器進(jìn)行換位連接。使各大段電纜上的感應(yīng)電壓幅值相等，相位相差120度。總感應(yīng)電壓的向量和為零，不可能產(chǎn)生環(huán)形電流或者說環(huán)流很小，感應(yīng)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(hù)層感應(yīng)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(gè)絕緣接頭滿足要求
• 裝設(shè)護(hù)層保護(hù)器 —— 有效限制雷電及操作過電壓

正常情況下，電纜金屬護(hù)套的換位為（以A相為例）：Ⅰ段A相（A1）通過同軸電纜到1號(hào)交叉互聯(lián)箱換位至Ⅱ段C相（C2）、通過同軸電纜到2號(hào)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(gè)交叉互聯(lián)箱,兩次互換,實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電壓疊加后向量為零,起到限制感應(yīng)電壓的作用。護(hù)套內(nèi)感應(yīng)電壓合矢量見圖2。

圖2 護(hù)套內(nèi)感應(yīng)電壓合矢量圖

2、故障分析

經(jīng)過技術(shù)人員對(duì)MSSGH02-29SGH01-01電纜金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的施工現(xiàn)場詳細(xì)核對(duì)，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(cuò)誤,但工程技術(shù)人員未重視和核實(shí)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(dǎo)體必須從統(tǒng)一約定接送電端，同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體必須從統(tǒng)一約定接受電端。#2 絕緣接頭同軸電纜錯(cuò)誤接法如圖3所示，造成護(hù)套內(nèi)的感應(yīng)電流方向與設(shè)計(jì)方案相反,致護(hù)套交叉互聯(lián)換位失敗,導(dǎo)致護(hù)套內(nèi)環(huán)流增大。

圖3 　送、受電端接點(diǎn)錯(cuò)誤示意圖

中間接頭交叉互聯(lián)錯(cuò)誤換位后的電流流向如下（以A 相為例）：即A 相護(hù)套中的感應(yīng)電流經(jīng)A 相護(hù)套至#1 絕緣接頭的同軸電纜外導(dǎo)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(dǎo)體至C 相第2 段電纜護(hù)套,經(jīng)B 相# 2 絕緣接頭的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體和接頭換位箱經(jīng)過A 相# 2 絕緣接頭的同軸電纜外導(dǎo)體至A 相第3 段電纜的護(hù)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(dǎo)體沒有和送、受電端接點(diǎn)統(tǒng)一約定, 安裝的35kV電纜交叉互聯(lián)未達(dá)到護(hù)套換位目的。

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

圖5 錯(cuò)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(hù)套換位錯(cuò)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(hù)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(hù)套因換位錯(cuò)誤造成的線損是非常驚人的。

（2）降低了電纜的設(shè)計(jì)載流量。由于金屬護(hù)套通過大電流而發(fā)熱，導(dǎo)致電纜散熱困難，發(fā)熱將會(huì)加速電纜主絕緣老化，并且電纜的最大載流量較多只能達(dá)到設(shè)計(jì)值的2／3，極大地浪費(fèi)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(hù)套焊接處存在虛焊，而金屬護(hù)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(duì)圖1 接線錯(cuò)誤,本文經(jīng)過矢量法分析和計(jì)算后提出改造接點(diǎn)錯(cuò)誤的兩種方案:

• 直接將# 1或# 2接頭同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體和送、受電端接點(diǎn)相調(diào)換,按圖1接線方式;
• 將# 1 或# 2 接頭換位箱中任一個(gè)連板按圖7的方法連接,護(hù)套中的感應(yīng)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(dǎo)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(xiàng)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(gè)連板按圖7 接線方式改造,護(hù)層中的感應(yīng)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(cè)試，斷開兩端的接地線，電纜末端金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓為2V（測(cè)試時(shí)該電纜載流量為44A）。護(hù)套中環(huán)流試驗(yàn)結(jié)果見表2 。真正達(dá)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(duì)相等。故還會(huì)有不平衡感應(yīng)電壓，形成電流流過護(hù)套。改造后電纜線路的金屬護(hù)套完全達(dá)到交叉換位目的。

表2 交叉互聯(lián)換位處理后的護(hù)套內(nèi)感應(yīng)環(huán)流試驗(yàn)實(shí)測(cè)值（電纜始點(diǎn)位置A、B、C三相）

結(jié)論

1. 同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體和送、受電端接點(diǎn)接線錯(cuò)誤將導(dǎo)致護(hù)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(hù)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(diǎn)錯(cuò)誤將導(dǎo)致護(hù)套交叉換位失敗。在安裝同軸電纜時(shí)同一組電纜金屬護(hù)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(hù)套感應(yīng)環(huán)流試驗(yàn)可有效地檢驗(yàn)護(hù)套交叉換位狀況。必須加強(qiáng)電纜巡視,如發(fā)現(xiàn)同軸電纜電流異常,應(yīng)查明原因并及時(shí)糾正。
4. 要重視高壓單芯電纜的接地裝置，應(yīng)周期性地測(cè)試其環(huán)流，以便及時(shí)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(shù)》，原文標(biāo)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。）