Analisis Sebab Tidak Normal Penyebab Pengaliran Penyambungan Kabel Tegangan Tinggi dan Kes Kasus yang Biasa

I. Pengenalan Arus Gelung Penyambungan Bumi Kabel

Kabel berperingkat 110 kV dan ke atas menggunakan struktur satu inti. Medan magnetik bolak-balik yang dihasilkan oleh arus operasi menginduksi voltan pada selubung logam. Jika selubung tersebut membentuk litar tertutup melalui bumi, arus gelung penyambungan bumi akan mengalir pada selubung logam. Arus gelung penyambungan bumi yang berlebihan (arus gelung melebihi 50 A, lebih dari 20% arus beban, atau nisbah arus fasa maksimum-ke-minimum lebih besar daripada 3) tidak hanya mempengaruhi kapasiti ampere kabel dan jangka hayat, tetapi pemanasan yang teruk akibat arus juga boleh membakar wayar penyambungan bumi atau kotak penyambungan bumi. Gagal untuk segera membetulkan isu-isu ini mungkin memicu kemalangan grid kuasa yang serius.

II. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Arus Gelung Penyambungan Bumi Kabel

Faktor-faktor utama yang mempengaruhi arus gelung penyambungan bumi kabel adalah sebagai berikut:

• Rintangan Kontak KabelPengelasan yang buruk atau sambungan yang tidak baik yang meningkatkan rintangan kontak pada satu fasa akan secara signifikan mengurangkan arus gelung penyambungan bumi pada fasa tersebut. Walau bagaimanapun, arus gelung pada dua fasa lain tidak semestinya berkurang dengan sepadan. Seiring dengan peningkatan rintangan, jumlah arus penyambungan bumi tidak semestinya berkurang juga.

• Rintangan Penyambungan BumiSeiring dengan peningkatan jumlah rintangan penyambungan bumi dan rintangan laluan pulangan bumi, arus gelung penyambungan bumi pada setiap fasa berkurang. Walau bagaimanapun, rintangan penyambungan bumi yang terlalu tinggi boleh menyebabkan kontak yang buruk di titik penyambungan, menyebabkan pemanasan dan kerugian tenaga.

• Kaedah Penyambungan Bumi KabelUntuk menghadkan voltan terinduksi pada selubung logam kabel, kabel tegangan tinggi biasanya menggunakan kaedah-kaedah penyambungan bumi seperti penyambungan bumi satu titik, kedua-dua hujung, atau silang-bonding untuk selubung atau skrin. Untuk laluan kabel tegangan tinggi yang lebih panjang, kaedah silang-bonding efektif dalam menghadkan arus gelung penyambungan bumi.

Di antara ini, Ia, Ib, dan Ic adalah nilai arus yang mengalir melalui selubung logam kabel tegangan tinggi fasa A, B, dan C masing-masing; Ie adalah arus yang mengalir melalui laluan pulangan bumi; Rd adalah rintangan setara laluan pulangan bumi, dan Rd1 dan Rd2 adalah rintangan penyambungan bumi pada kedua-dua hujung selubung kabel. Dalam keadaan normal, arus operasi kabel tiga fasa boleh diandaikan sama besarnya. Dengan menggunakan perbezaan fasa antara arus tiga fasa, voltan terinduksi pada selubung logam dalam bahagian silang-bonding lengkap boleh dibatalkan, dengan demikian mencapai tujuan mengurangkan arus gelung penyambungan bumi.

(1) Panjang Segmen Kabel, Kaedah Susunan Kabel, dan Jarak Fasa

Kabel biasanya menggunakan kaedah penyambungan bumi silang-bonding untuk mengurangkan arus gelung penyambungan bumi. Dalam amalan kejuruteraan pemasangan saluran kabel, adalah biasa bahawa segmen-segmen individu silang-bonding memiliki panjang dan konfigurasi susunan yang berbeza. Di bawah arus konduktor yang sama, voltan terinduksi pada selubung logam untuk kabel yang disusun secara mendatar atau menegak per unit panjang adalah lebih tinggi daripada kabel yang disusun dalam konfigurasi segitiga kanan. Oleh itu, dalam kabel segmen tidak sama panjang, menggunakan susunan segitiga (yang menghasilkan voltan terinduksi yang lebih rendah) untuk segmen kabel yang lebih panjang dan susunan mendatar atau menegak (yang menghasilkan voltan terinduksi yang lebih tinggi) untuk segmen yang lebih pendek membantu mengurangkan voltan terinduksi keseluruhan dalam segmen yang lebih panjang. Dengan memilih susunan yang sesuai untuk setiap sub-segmen, ketidakseimbangan voltan yang disebabkan oleh perbezaan panjang kabel dapat diseimbangkan, dengan demikian mengurangkan arus gelung selubung.

III. Analisis Arus Gelung Penyambungan Bumi Kabel yang Tidak Normal

Kegagalan transposisi akan mengakibatkan hilangnya vektor arus dalam satu arah, menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam arus penyambungan bumi selubung, yang mungkin akhirnya menyebabkan kesalahan operasi. Dalam skenario kegagalan transposisi yang berbeza, magnitud dan fasa arus tiga fasa berbeza secara signifikan. Kegagalan transposisi biasanya ditandai dengan dua fasa mempunyai arus penyambungan bumi yang relatif serupa, sementara arus pada fasa lainnya jauh lebih kecil—biasanya sekitar separuh dari arus penyambungan bumi terkecil pada dua fasa lainnya.

(1) Masuknya Air ke dalam Kotak

Apabila air masuk ke dalam kotak persimpangan silang-bonding, air di dalam kotak menciptakan rintangan penyambungan bumi yang rendah, dan sambungan antara air di dalam dan luar secara efektif memberikan laluan penyambungan bumi langsung untuk arus. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, penyambungan bumi langsung berlaku di titik a, b, atau c.

Hujan lebat yang berterusan boleh menyebabkan pengumpulan air jangka panjang di dalam kotak persimpangan silang-bonding parit kabel. Terutamanya apabila kedua-dua kotak tergenang, arus penyambungan bumi mudah mencapai ratusan amper, menyebabkan lonjakan tiba-tiba dalam arus selubung dan peningkatan suhu dalaman kabel dengan cepat. Apabila hanya satu kotak tergenang, arus tiga fasa dalam gelung yang terkena menunjukkan sedikit perbezaan dan meningkat sekitar 2.5 kali berbanding dengan keadaan normal, tanpa kesalahan.

(2) Putusnya Kabel Koaksial

Laluan yang menggunakan kaedah penyambungan bumi silang-bonding biasanya lebih panjang daripada 1 km. Jika kabel koaksial putus, voltan lebih daripada seratus volt boleh dihasilkan di titik putus, menyebabkan ancaman yang signifikan kepada laluan. Ini juga mencegah selubung logam yang berkaitan dari membentuk litar tertutup, dengan demikian menghentikan arus gelung dari mengalir dalam selubung.

IV. Studi Kasus Khas Arus Gelung Penyambungan Bumi Kabel yang Tidak Normal

Suatu laluan 110 kV adalah laluan gabungan udara-kabel. Model kabel adalah YJLW03-64/110-1×800 mm². Laluan tersebut dikeluarkan pada September 2014 dan panjangnya kira-kira 1220 meter. Pada 27 Disember 2016, sistem penyambungan bumi kabel dimodifikasi untuk menggunakan kaedah penyambungan bumi silang-bonding. Bahagian silang-bonding lengkap terdiri daripada stesen, Kotak #1, Kotak #2, dan menara transmisi luar. Kotak #1 dan #2 adalah kotak persimpangan silang-bonding, sementara semua titik lain disambung bumi secara langsung. Hasil pengukuran arus gelung penyambungan bumi ditunjukkan dalam jadual di bawah:

Menurut klausa 5.2.3 Q/GDW 11316 "Regulasi Ujian Laluan Kabel Kuasa": nisbah arus gelung penyambungan bumi terhadap arus beban harus kurang daripada 20%; nisbah arus gelung penyambungan bumi fasa tunggal maksimum-ke-minimum harus kurang daripada 3. Apabila arus beban adalah 57.8 A, arus selubung fasa A, B, dan C di kotak penyambungan bumi langsung stesen, Kotak #1, dan Kotak #2 semua melebihi keperluan yang ditetapkan dalam regulasi. Selain itu, nisbah arus gelung penyambungan bumi fasa tunggal maksimum-ke-minimum (37.6/9.7 = 3.88) juga lebih besar daripada 3.

Berdasarkan analisis data arus gelung penyambungan bumi yang diukur dalam jadual di atas: arus gelung penyambungan bumi fasa A di Lubang Manhole #1 adalah 38.2 A, yang bersesuaian dengan arus gelung penyambungan bumi fasa C 37.6 A di Lubang Manhole #2; arus gelung penyambungan bumi fasa B di Lubang Manhole #1 adalah 28.5 A, yang bersesuaian dengan arus gelung penyambungan bumi fasa A 32.7 A di Lubang Manhole #2; arus gelung penyambungan bumi fasa C di Lubang Manhole #1 adalah 10.2 A, yang bersesuaian dengan arus gelung penyambungan bumi fasa B 9.7 A di Lubang Manhole #2. Arus gelung penyambungan bumi tiga fasa mengalir melalui laluan berikut: arus gelung penyambungan bumi fasa A tidak mengalir melalui armor fasa B, arus gelung penyambungan bumi fasa B tidak mengalir melalui armor fasa C, dan arus gelung penyambungan bumi fasa C tidak mengalir melalui armor fasa A, seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan jadual di bawah.

Pemeriksaan di tempat menunjukkan bahawa konfigurasi silang-bonding dalaman di kotak penyambungan bumi Lubang Manhole #1 adalah "ABC to BCA", dengan urutan fasa A, B, C. Konfigurasi silang-bonding dalaman di kotak penyambungan bumi Lubang Manhole #2 adalah "ABC to CAB", juga dengan urutan fasa A, B, C. Tiada tanda kelembapan atau kerosakan bakar ditemui pada pelindung selubung kabel atau komponen isolasi. Ini ditunjukkan dalam gambar-gambar di bawah, masing-masing:

Oleh itu, penyebab arus gelung penyambungan bumi yang tidak normal pada bahagian kabel laluan 110 kV XX ini adalah penyambungan busbar tembaga di dalam kotak persimpangan silang-bonding yang salah, yang mencegah selubung luar kabel mencapai silang-bonding yang sebenar. Ini mengakibatkan arus gelung penyambungan bumi yang berlebihan pada bahagian silang-bonding tempatan.

Setelah membetulkan konfigurasi penyambungan, arus gelung penyambungan bumi kabel mematuhi keperluan Q/GDW 11316-2014 "Regulasi Ujian Laluan Kabel Kuasa".