Analyse av årsaker til anormale forhold i jordstrøm i høyspenningskabler og typiske tilfeller

I. Innføring i kabeljordingsløkkestrøm

Kabler med en spenning på 110 kV og høyere bruker en enkeltkjernestruktur. Den alternerende magnetfeltet generert av driftsstrømmen inducerer en spenning på metallhylsen. Hvis hylsen danner en lukket sirkel gjennom jorda, vil det strømme en jordingsløkkestrøm i metallhylsen. En for stor jordingsløkkestrøm (løkkestrøm over 50 A, mer enn 20% av belastningsstrømmen, eller et forhold mellom maksimum- og minimumfasestrom større enn 3) påvirker ikke bare kablers strømføringsevne og levetid, men alvorlig varme fra strømmen kan også forbrenne jordingsledninger eller jordingsbokser. Uten rask retting av slike problemer kan alvorlige kraftnettuheld utløses.

II. Faktorer som påvirker kabeljordingsløkkestrøm

De viktigste faktorene som påvirker kabeljordingsløkkestrøm er følgende:

• Kontaktsmotstand i kabelDårlig sveising eller dårlige koblinger som øker kontaktsmotstanden i en fase, vil betydelig redusere jordingsløkkestrømmen i den fasen. Imidlertid vil løkkestrømmene i de to andre fasene ikke nødvendigvis reduseres tilsvarende. Som motstanden øker, reduseres ikke nødvendigvis total jordingsstrøm heller.

• JordingsmotstandJo høyere summen av jordingsmotstand og jordreturveismotstand blir, jo mindre blir jordingsløkkestrømmen i hver fase. Imidlertid kan en for høy jordingsmotstand føre til dårlig kontakt ved jordingspunktet, noe som fører til varme og energitap.

• Kabels jordingsmetodeFor å begrense den induserte spenningen i kabelens metallhylse, bruker høyspenningkabler vanligvis jordingsmetoder som enkelt punkt jordet, begge ender jordet, eller krysskobling for hylse eller skjerm. For lengre høyspenningkabellinjer er krysskoblingsmetoden effektiv for å begrense jordingsløkkestrøm.

Her er Ia, Ib, og Ic strømmene som flyter gjennom metallhylsene til A, B, og C fases høyspenningkabler, henholdsvis; Ie er strømmen som flyter gjennom jordreturveis; Rd er den ekvivalente motstanden til jordreturveis, og Rd1 og Rd2 er jordingsmotstandene ved begge ender av kabelhylsen. Under normale forhold kan driftsstrømmene i de tre-fasekablene antas å være like store. Ved å utnytte faseforskjellen mellom de tre-fasestrømmene, kan de induserte spenningene i metallhylsene innenfor en fullstendig krysskoblet seksjon nullstilles, noe som bidrar til å redusere jordingsløkkestrøm.

(1) Kabellengder, kabeloppsett og faseavstander

Kabler bruker generelt en krysskoblingsjordingsmetode for å redusere jordingsløkkestrøm. I ingeniørpraksis for kabelkanalinstallasjoner er det vanlig at individuelle segmenter av hylsekrysskobling har ulike lengder og ulike oppsettskonfigurasjoner. Under samme ledningsstrøm er den induserte spenningen per enhetslengde i horisontalt eller vertikalt oppsatte kabler høyere enn for kabler oppsatte i en høyretriangulær konfigurasjon. Derfor, i ulike lengde-segmenterte kabler, hjelper det med å bruke trekantoppsett (som gir lavere indusert spenning) for lengre kabelsegmenter og horisontalt eller vertikalt oppsett (som gir høyere indusert spenning) for kortere segmenter, for å redusere den totale induserte spenningen i lengre segmenter. Ved å velge passende oppsett for hvert sub-segment, kan ubalansen i spenning som skyldes forskjeller i kablelengde balanseres, noe som reduserer hylseløkkestrøm.

III. Analyse av unormal kabeljordingsløkkestrøm

En transposisjonsfeil vil føre til tap av en strømvektor i en retning, noe som vil føre til en betydelig økning i hylsejordingsstrøm, som kan ende med driftsfeil. I ulike transposisjonsfeilsituasjoner er størrelsen og fasen av de tre-fasestrømmene anmerkelsesverdig forskjellig. En transposisjonsfeil karakteriseres typisk ved at to faser har relativt liknende jordingsstrøm, mens strømmen i den tredje fasen er betydelig mindre - vanligvis omtrent halvparten av den minste jordingsstrømmen i de to andre fasene.

(1) Vanninntrønging i boksen

Når vann kommer inn i en krysskoblingskontaktboks, oppretter vannet inne i boksen en lav jordingsmotstand, og forbindelsen mellom internt og eksternt vann gir effektivt en direkte jordingsbane for strøm. Som vist i figuren nedenfor, forekommer det en direkte jording ved punkt a, b, eller c.

Langvarig nedbør kan føre til langvarig vannsamling i kabelgrøftkrysskoblingsbokser. Spesielt når begge bokser er oversvømt, kan jordingsstrømmen lett nå flere hundre amper, noe som fører til en plutselig økning i hylsestrøm og en rask stigning i intern kabeltemperatur. Når kun én boks er oversvømt, viser de tre-fasestrømmene i den berørte løkken små forskjeller og øker omtrent 2,5 ganger sammenlignet med normal, feilfri situasjon.

(2) Kofaksialkabelbrudd

Linjer som bruker krysskoblingsjordings er generelt lenger enn 1 km. Hvis kofaksialkabelen brytes, kan en spenning på over hundre volt oppstå ved bruddpunktet, noe som utgjør en betydelig trussel mot linjen. Det hindrer også de tilknyttede metallhylsene fra å danne en lukket sirkel, noe som stopper løkkestrømmen fra å strømme i hylsen.

IV. Typiske studier av unormal kabeljordingsløkkestrøm

En bestemt 110 kV linje er en hybrid overføring-kabel linje. Kabelmodellen er YJLW03-64/110-1×800 mm². Linjen ble tatt i drift i september 2014 og er omtrent 1220 meter lang. Den 27. desember 2016 ble kabels jordingsystem endret til å bruke en krysskoblingsjordingsmetode. Den fullstendige krysskoblet seksjonen består av understasjon, Boks #1, Boks #2, og den eksterne overføringstårnet. Boks #1 og Boks #2 er krysskoblingsbokser, mens alle andre punkter er direkte jordet. De målte resultater av jordingsløkkestrøm er vist i tabellen nedenfor:

Ifølge punkt 5.2.3 i Q/GDW 11316 "Regler for prøving av kraftkable": forholdet mellom jordingsløkkestrøm og belastningsstrøm skal være mindre enn 20%; forholdet mellom maksimal og minimal enkelte fasejordingsløkkestrøm skal være mindre enn 3. Når belastningsstrømmen er 57.8 A, overskrider hylsestrømmene i faser A, B, og C i stasjonens direkte jordingsboks, Boks #1, og Boks #2 kravene angitt i reglene. Dessuten er forholdet mellom maksimal og minimal enkelte fasejordingsløkkestrøm (37.6/9.7 = 3.88) også større enn 3.

Basert på analysen av de målte jordingsløkkestrømdataene i tabellen ovenfor: A-fasejordingsløkkestrømmen i Manhole #1 er 38.2 A, tilsvarer C-fasejordingsløkkestrømmen på 37.6 A i Manhole #2; B-fasejordingsløkkestrømmen i Manhole #1 er 28.5 A, tilsvarer A-fasejordingsløkkestrømmen på 32.7 A i Manhole #2; C-fasejordingsløkkestrømmen i Manhole #1 er 10.2 A, tilsvarer B-fasejordingsløkkestrømmen på 9.7 A i Manhole #2. De tre-fasejordingsløkkestrømmene flyter gjennom følgende baner: A-fasejordingsløkkestrømmen flyter ikke gjennom B-fasehylse, B-fasejordingsløkkestrømmen flyter ikke gjennom C-fasehylse, og C-fasejordingsløkkestrømmen flyter ikke gjennom A-fasehylse, som illustrert i figuren og tabellen nedenfor.

På stedet avsløres at det interne krysskoblingsoppsettet i jordingsboksen i Kabellinjemaintenance Manhole #1 er "ABC til BCA", med fasefølge A, B, C. Det interne krysskoblingsoppsettet i boksen i Manhole #2 er "ABC til CAB", også med fasefølge A, B, C. Ingen tegn på fuktighet eller forbrenning ble funnet på kabelhylsebeskytere eller isolerende komponenter. Dette er vist i bildene nedenfor, henholdsvis:

Derfor er årsaken til den unormale jordingsløkkestrømmen i denne 110 kV XX linjes kabelseksjonen feil kobling av kobberbusser inne i krysskoblingsboksene, som hindret kabelytterskallet fra å oppnå faktisk krysskobling. Dette resulterte i for stor jordingsløkkestrøm i den lokale krysskoblet seksjonen.

Etter retting av koblingsoppsettet, er kabels jordingsløkkestrøm i samsvar med kravene i Q/GDW 11316-2014 "Regler for prøving av kraftkable".