Korkeajännitekaapelin maan sulkiutumisen poikkeamaisista syyt ja tyypilliset tapaukset

I. Järjestelmän maan sulkuvirta

Yli 110 kV:n kaapelit käyttävät yksiytimistä rakennetta. Toimintasuun vuoksi syntyvä vaihteleva magneettikenttä aiheuttaa metallisen kuoren pinnalla sijaitsevaan johdintaan induktiivisen jännitteen. Jos kuori muodostaa maan kautta suljetun piirin, metalliselle kuorelle kulkee maan sulkuvirtaa. Liian suuri maan sulkuvirta (yli 50 A, yli 20 % latausvirrasta tai suurimman ja pienimmän vaiheen virran suhde yli 3) vaikuttaa ei vain kaapelin virtakapasiteettiin ja käyttöikään, mutta voimakas lämpö aiheuttamansa poltto voi tuhota maanjohdot tai maan laatikot. Tällaisia ongelmia ei korjattuna ne voivat aiheuttaa vakavia sähköverkon onnettomuuksia.

II. Tekijät, jotka vaikuttavat kaapelin maan sulkuvirtaan

Kaapelin maan sulkuvirtaa vaikuttavat seuraavat tekijät:

• Kaapelin kontaktiresistanssiHeikko tarkoituksenmukainen liitos tai huonosti tehty kytkentä, joka lisää yhden vaiheen kontaktiresistanssia, vähentää merkittävästi kyseisen vaiheen maan sulkuvirtaa. Kuitenkin muiden kahden vaiheen sulkuvirrat eivät välttämättä vähenisi samassa määrin. Resistanstin kasvaessa kokonaissulkuvirta ei välttämättä väheni.

• MaarajausresistanssiKun maarajausresistanssi ja maan paluupolun resistanssi yhdessä lisääntyvät, jokaisen vaiheen maan sulkuvirta väheni. Kuitenkin liian suuri maarajausresistanssi voi aiheuttaa huonoa yhteyttä maan paikassa, mikä johtaa lämmitykseen ja tehon menetyksiin.

• Kaapelin maarajausmenetelmäInduktoidun jännitteen rajoittamiseksi metallisellä kuorilla varustetuissa korkeajännitteisissä kaapeleissa käytetään yleensä maarajausmenetelmiä, kuten yhden pisteen maarajaus, molempien päiden maarajaus tai ristiin kytketty maarajaus kuorille tai suojalle. Pitkille korkeajännitteisille kaapelijoille ristiin kytketty maarajaus on tehokas tapa rajoittaa maan sulkuvirtaa.

Näissä Ia, Ib ja Ic ovat vastaavasti A-, B- ja C-vaiheen korkeajännitteisten kaapelien metalliselle kuorelle kulkevat virrat; Ie on maan paluupolun kautta kulkeva virta; Rd on maan paluupolun vastineinen resistanssi, ja Rd1 ja Rd2 ovat kaapelin kuoren kummankin pään maarajausresistanssit. Normaalisti kolmen vaiheen kaapelien toimintavirrat voidaan olettaa tasaisiksi. Kolmen vaiheen virtojen vaihe-eroja hyödyntäen voidaan saada aikaan täydellisen ristiin kytketyn osuuden metalliselle kuorelle induktoidut jännitteet nollaksi, mikä vähentää maan sulkuvirtaa.

(1) Kaapelin segmenttien pituudet, kaapelin asettelu ja vaiheiden välisyys

Kaapelit käyttävät yleensä ristiin kytkettyä maarajausmenetelmää maan sulkuvirtan vähentämiseksi. Kaapeliteiden asentamisessa insinöörillisesti on tavallista, että eri segmenttien pituudet ja asetteluovat erilaisia. Samaan johtajaan liittyvillä virroilla horisontaalisesti tai vertikaalisesti asetettujen kaapelien metalliselle kuorelle induktoidut jännitteet yksikköpituudella ovat korkeammat kuin oikean kolmion asettelulla. Siksi eripituisten segmenttien tapauksessa pidemmissä segmenteissä käytetään kolmion asettelua (joka tuottaa vähemmän induktoidun jännitteen) ja lyhyemmissä segmenteissä horisontaalista tai vertikaalista asettelua (joka tuottaa enemmän induktoidun jännitteen), mikä auttaa vähentämään yleistä induktoidun jännitteen pituutta pidemmissä segmenteissä. Valitsemalla sopivasti jokaisen alasegmentin asettelua, voidaan tasapainottaa kaapelin pituuden eroista johtuvat jännitteen epätasaisuudet, mikä vähentää kuoren sulkuvirtaa.

III. Epänormaalin kaapelin maan sulkuvirran analyysi

Transposointivirhe johtaa virran vektorin kadotukseen yhdessä suunnassa, mikä aiheuttaa merkittävän kasvun kuoren maan sulkuvirrassa, mikä lopulta voi johtaa operatiivisiin virheisiin. Eri transposointivirhetilanteissa kolmen vaiheen virrat ja vaiheet poikkeavat huomattavasti. Transposointivirhe tunnistetaan tyypillisesti kahden vaiheen samankaltaisilla maarajausvirroilla, kun taas kolmannen vaiheen virta on huomattavasti pienempi - yleensä noin puolet kahden muun vaiheen pienimmästä maarajausvirrasta.

(1) Vesi laatikossa

Kun vesi pääsee ristiin kytkettyyn solmulaatikkoon, sen sisällä oleva vesi luoo alhaisen maarajausresistanssin, ja sisäisen ja ulkoisen vedenvälinen yhteys tarjoaa tehokkaan suoran maanjohdon virran. Alla olevassa kuvassa näkyy, että suora maanjohdus tapahtuu pisteissä a, b tai c.

Pitkä kestoinen sademäärä voi johtaa pitkäaikaiseen vesikerroksen muodostumiseen kaapelivoimalan ristiin kytkettyihin laatikoihin. Erityisesti, kun molemmat laatikot tulvat, maarajausvirta voi helposti nousta satoihin ampeereihin, mikä aiheuttaa kuoren virran äkillisen nousun ja nopean lämpötilan nousun kaapelissa. Kun vain yksi laatikko tulvii, vaikutettu silmukan kolmen vaiheen virrat näyttävät pieniä eroja ja kasvavat noin 2,5 kertaa verrattuna normaaliin, ei-virheelliseen tilanteeseen.

(2) Koaksiaalikaapelin katkeaminen

Ristiin kytkettyä maarajausmenetelmää käyttävät linjat ovat yleensä pidempiä kuin 1 km. Jos koaksiaalikaapeli katkeaa, katkokohdassa voi syntyy yli sata voltin jännite, mikä edustaa huomattavaa uhkaa linjan kannalta. Se estää myös liittyvien metallisten kuorten muodostumisen suljetuksi silmukaksi, mikä lopettaa kuoren sulkuvirran kulkiessa kuorissa.

IV. Epänormaalien kaapelin maan sulkuvirtojen typicases

Tietty 110 kV linja on yhdistelmä ilmapuita ja kaapeleita. Kaapelin malli on YJLW03-64/110-1×800 mm². Linja otettiin käyttöön syyskuussa 2014 ja sen pituus on noin 1220 metriä. 27. joulukuuta 2016 kaapelin maarajausjärjestelmä muutettiin ristiin kytketyksi maarajausmenetelmäksi. Täydellinen ristiin kytketty osuus koostuu substation, Laatikko #1, Laatikko #2 ja ulkopuolinen siirtolinja. Laatikot #1 ja #2 ovat ristiin kytketyt laatikot, kun taas kaikki muut pisteet on suoraan maarajattu. Mittauksissa saatujen maarajausvirtojen tulokset näkyvät alla olevassa taulukossa:

Q/GDW 11316 "Sähkökaapelivirkan testausstandardit" artiklan 5.2.3 mukaan: maarajausvirran suhde latausvirran kanssa on oltava alle 20%; suurimman ja pienimmän yksivaiheisen maarajausvirran suhde on oltava alle 3. Kun latausvirta on 57,8 A, A-, B- ja C-vaiheiden kuoren virrat aseman suoraan maarajatussa laatikossa, Laatikossa #1 ja Laatikossa #2 kaikki ylittävät säännöksissä määritellyt vaatimukset. Lisäksi suurimman ja pienimmän yksivaiheisen maarajausvirran suhde (37,6/9,7 = 3,88) on myös suurempi kuin 3.

Mittauksissa saatujen maarajausvirtojen tietojen perusteella: A-vaiheen maarajausvirta Manhole #1:ssä on 38,2 A, vastaamaan C-vaiheen maarajausvirtaa 37,6 A Manhole #2:ssa; B-vaiheen maarajausvirta Manhole #1:ssä on 28,5 A, vastaamaan A-vaiheen maarajausvirtaa 32,7 A Manhole #2:ssa; C-vaiheen maarajausvirta Manhole #1:ssä on 10,2 A, vastaamaan B-vaiheen maarajausvirtaa 9,7 A Manhole #2:ssa. Kolmen vaiheen maarajausvirrat kulkevat seuraavilla reiteillä: A-vaiheen maarajausvirta ei kulje B-vaiheen panssarissa, B-vaiheen maarajausvirta ei kulje C-vaiheen panssarissa, ja C-vaiheen maarajausvirta ei kulje A-vaiheen panssarissa, kuten alla olevassa kuvassa ja taulukossa näkyy.

Paikan päällä havaittiin, että Cable Maintenance Manhole #1:n maarajauslaatikon sisäinen ristiin kytketty konfiguraatio on "ABC to BCA", vaihejärjestyksellä A, B, C. Manhole #2:n maarajauslaatikon sisäinen ristiin kytketty konfiguraatio on "ABC to CAB", myös vaihejärjestyksellä A, B, C. Kaapelin kuoren suojaimissa tai eristyskomponenteissa ei löydetty kosteaaltoja tai palamismerkkejä. Nämä näkyvät alla olevissa kuvissa, kuten seuraa:

Siksi tämän 110 kV XX linjan kaapelin osuuden epänormaali maarajausvirta johtuu kuparin busbarien väärästä kytkentästä ristiin kytkettyihin laatikoihin, mikä esti kaapelin ulkoiset kuoret saavuttamasta todellista ristiin kytkentää. Tämä johti liian suureen maarajausvirtaan paikallisessa ristiin kytketyssä osuudessa.

Kytkentäkonfiguraation korjaamisen jälkeen kaapelin maarajausvirta täyttää Q/GDW 11316-2014 "Sähkökaapelivirkan testausstandardit" vaatimukset.