Augstsprieguma kabeļa zemeskontakta cirkulācijas neprastu cēloņu analīze un tipiskie gadījumi

I. Kabeļu zemes kontūras strāvas ievads

Kabeļi ar spējas līmeni 110 kV un augstāku izmanto vienkāršu kodolu struktūru. Darbības strāva radītais maiņstrāvas magnētiskais lauks inducē spriegumu metāla mantā. Ja manta veido caur zemi noslēgtu ceļu, tajā plūs zemes kontūras strāva. Pārmērīga zemes kontūras strāva (kontūras strāva, kas pārsniedz 50 A, vairāk nekā 20 % no slodzes strāvas vai maksimālā un minimālā fāzes strāvas attiecība ir lielāka par 3) ne tikai ietekmē kabeļa strāves jaudu un darbības ilgumu, bet arī smagā siltums no strāvas var iznīcināt zemes vadus vai zemes datus. Neatrisinātas šādas problēmas var izraisīt nopietnas elektrotīkla negadījumus.

II. Faktori, kas ietekmē kabeļu zemes kontūras strāvu

Galvenie faktori, kas ietekmē kabeļu zemes kontūras strāvu, ir šādi:

• Kabeļa kontaktresistenceSlikta savienojuma vai sašķeļa uzsvarošana, kas palielina vienas fāzes kontaktresistenci, būtiski samazina to fāzes zemes kontūras strāvu. Tomēr, citu divu fāžu kontūras strāvas ne vienmēr samazinās atbilstoši. Kad rezistence palielinās, kopējā zemes strāva ne vienmēr samazinās arī tā.

• Zemes resistenceKopējā zemes un zemes griežcela rezistences palielināšanās samazina katra fāzes zemes kontūras strāvu. Tomēr, pārāk augsta zemes rezistence var izraisīt sliktu kontaktu zemes punktā, kas savukārt rada sildīšanos un enerģijas zudumu.

• Kabeļa zemes metodesLai ierobežotu inducēto spriegumu kabeļa metāla mantā, augsprieguma kabeļos parasti tiek izmantotas zemes metodes, piemēram, viena punkta zeme, abu galu zeme vai krustveida savienojums mantai vai ekrānam. Ilgākiem augsprieguma kabeļu līnijām, krustveida savienojuma metode ir efektīva, lai ierobežotu zemes kontūras strāvu.

Šeit Ia, Ib un Ic ir atbilstoši A, B un C fāžu augsprieguma kabeļu metāla mantās plūstošo strāvu vērtības; Ie ir zemes griežceļa strāva; Rd ir zemes griežceļa ekvivalentā reze; Rd1 un Rd2 ir kabeļa mantas abu galu zemes reze. Parasti var pieņemt, ka trīs fāžu kabeļu darbības strāvas ir vienādas. Izmantojot trīs fāžu strāvu fāzes starpību, inducētie spriegumi metāla mantās pilnīgā krustveida savienojuma posmā var kompensēties, tādējādi samazinot zemes kontūras strāvu.

(1) Kabeļu segmentu garumi, kabeļu novietojuma metodes un fāžu atstarpe

Kabeļi parasti izmanto krustveida savienojuma zemes metodi, lai samazinātu zemes kontūras strāvu. Kabeļu kanālu inženierpraksē, parasti katrs individuāls krustveida savienojuma segments ir dažāds garumā un ar dažādu novietojuma konfigurāciju. Vienu vienību garumā horizontāli vai vertikāli novietotiem kabeļiem, salīdzinājumā ar trijstūra konfigurāciju, inducēts spriegums metāla mantā ir augstāks. Tādējādi, nevienādgarumu segmentiem, izmantojot trijstūra novietojumu (kas radīs zemāku inducēto spriegumu) garākiem kabeļu posmiem un horizontālo vai vertikālo novietojumu (kas radīs augstāku inducēto spriegumu) īsākiem posmiem, palīdz samazināt kopējo inducēto spriegumu garākos segmentos. Atbilstoši izvēloties katra subsegmenta novietojumu, var sasniegt sprieguma nelīdzsvarotību, ko rada kabeļu garumu atšķirības, tādējādi samazinot mantas kontūras strāvu.

III. Nepareizas kabeļu zemes kontūras strāvas analīze

Transpozīcijas kļūda rezultē strāvas vektora zudumu vienā virzienā, kas rada būtisku mantas zemes strāvas palielināšanos, kas beigās var izraisīt darbības kļūdas. Dažādās transpozīcijas kļūdu situācijās, trīs fāžu strāvas un fāzes ir būtiski atšķirīgas. Transpozīcijas kļūda parasti raksturojas ar divām fāzēm, kurām ir salīdzinoši līdzīgas zemes strāvas, savukārt trešās fāzes strāva ir būtiski mazāka—parasti aptuveni pusē no mazākās zemes strāvas otrās divās fāzēs.

(1) Ūdens ieplūde kastes

Ja ūdens ieplūst krustveida savienojuma kastē, tas veido zemu zemes rezi, un iekšējā un ārējā ūdens savienojums nodrošina tiešu zemes ceļu strāvai. Kā redzams zemāk esošajā attēlā, tieša zeme notiek punktos a, b vai c.

Ilgstošs lietus var izraisīt ilgstošu ūdens akumulāciju kabeļu grezna krustveida savienojuma kastēs. Jo īpaši, ja abi kasti ir apļauti, zemes strāva viegli var sasniedzt simti amperes, izraisot mantas strāvas neparedzamu pieaugumu un strauju iekšējo kabeļa temperatūras pieaugumu. Ja tikai viena kaste ir apļauta, skartās kontūras trīs fāžu strāvas liekāmās atšķirības ir mazas un palielinās aptuveni 2,5 reizes salīdzinājumā ar normālu, bez kļūdas stāvokli.

(2) Koaksiālā kabeļa traucējums

Līnijas, kas izmanto krustveida savienojuma zemes metodi, parasti ir garākas par 1 km. Ja koaksiālais kabelis traucējas, traucējuma punktā var radīties vairāk nekā simts voltu spriegums, kas rada būtisku draudu līnijai. Tas arī liek aizliegt saistītajām metāla mantām formēt noslēgtu kontūru, tādējādi apturējot kontūras strāvas plūsmu mantā.

IV. Nepareizas kabeļu zemes kontūras strāvas tipiskie gadījumi

Kāds 110 kV līnijas ir hibrīda gaisa-kabeļa līnija. Kabeļa modelis ir YJLW03-64/110-1×800 mm². Līnija tika uzsākta 2014. gada septembrī un tā garums ir aptuveni 1220 metri. 2016. gada 27. decembrī kabeļa zemes sistēma tika mainīta, izmantojot krustveida savienojuma zemes metodi. Pilnīgā krustveida savienojuma posms sastāv no pārvades, Kastes #1, Kastes #2 un ārējā pārvadeklā. Kastes #1 un #2 ir krustveida savienojuma kastes, bet visi pārējie punkti tiek tieši zemesoti. Mērītās zemes kontūras strāvas rezultāti ir redzami tabulā zemāk:

Pēc Q/GDW 11316 "Elektrokabeļu līniju testa regulām" 5.2.3. pantā: zemes kontūras strāvas un slodzes strāvas attiecība jābūt mazākai par 20%; maksimālā un minimālā vienfāzes zemes kontūras strāvas attiecība jābūt mazākai par 3. Kad slodzes strāva ir 57.8 A, fāžu A, B un C mantas strāvas stacijas tiešā zemes datā, Kaste #1 un Kaste #2, visas pārsniedz standarta prasības. Turklāt, maksimālā un minimālā vienfāzes zemes kontūras strāvas attiecība (37.6/9.7 = 3.88) arī ir lielāka par 3.

Balstoties uz mērīto zemes kontūras strāvas datu analīzi tabulā zemāk: A fāzes zemes kontūras strāva Manhole #1 ir 38.2 A, atbilstot C fāzes zemes kontūras strāvai 37.6 A Manhole #2; B fāzes zemes kontūras strāva Manhole #1 ir 28.5 A, atbilstot A fāzes zemes kontūras strāvai 32.7 A Manhole #2; C fāzes zemes kontūras strāva Manhole #1 ir 10.2 A, atbilstot B fāzes zemes kontūras strāvai 9.7 A Manhole #2. Trīs fāžu zemes kontūras strāvas plūst šādos ceļos: A fāzes zemes kontūras strāva neatkarīgi no B fāzes mantas, B fāzes zemes kontūras strāva neatkarīgi no C fāzes mantas, un C fāzes zemes kontūras strāva neatkarīgi no A fāzes mantas, kā parādīts zemāk esošajā attēlā un tabulā.

Vietā notikusi inspekcija atklāja, ka Kabeļa uzturēšanas manholes #1 zemes kastes iekšējā krustveida savienojuma konfigurācija ir "ABC uz BCA", ar fāžu secību A, B, C. Manholes #2 zemes kastes iekšējā krustveida savienojuma konfigurācija ir "ABC uz CAB", arī ar fāžu secību A, B, C. Kabeļa mantas aizsargā un izolācijas komponentiem netika atrasti pazīmes par mitrumu vai deguna izraisītu kaitējumu. Tie ir parādīti zemāk esošajos attēlos, atbilstoši:

Tādējādi, šīs 110 kV XX līnijas kabeļa posma nepareizās zemes kontūras strāvas iemesls ir nepareiza koperņa sviras iekšējā krustveida savienojuma kastēs, kas liek kabeļa ārējām mantām nesasniedzot patiesu krustveida savienojumu. Tas izraisīja pārmērīgu zemes kontūras strāvu lokālajā krustveida savienojuma posmā.

Pēc savienojuma konfigurācijas korekcijas, kabeļa zemes kontūras strāva atbilst Q/GDW 11316-2014 "Elektrokabeļu līniju testa regulām".