220kV长城II回电缆线路护层接地系统故障原因分析
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摘 要：通过对220kv城东变220kV长城ii回电缆线路护层接地系统故障进行分析，找出了可能的故障原因，提出了预防及改进措施。
关键词：电缆护层；护层接地系统；保护器；环流；过电压；接地箱；防水
2009年5月初，运行维护人员反映，220kV城东变220kV长城II回电缆线路B相接地线电流异常。在终端塔侧用钳型电流表检测护层接地线电流A、C相为3.7A左右，B相护层接地线电流为零。在站内侧检测护层接地线电流为A、C相为零，B相护层接地线电流3.7A左右，测试结果详见表1。可以看出B相电缆护层接地线电流出现明显的不同于A、C相的异常，初步判断为护层接地系统有问题。
经查220kV城东变220kV长城II回电缆线路于2006年投产，电缆规格为YJLW03-127/220-1×2000，220kV交联聚乙烯绝缘、皱纹铝套PE外护套电力电缆，电缆截面2000mm?，电缆长度428米，无中间接头。设计图纸表明，该电缆线路护层接地方式为采用金属护层一端直接接地，另一端通过保护器接地形式，接地箱全部采用单相接地箱。护层接地系统接线原理如图1所示：
1 初步分析
由于电缆护层接地箱现场没有悬挂铭牌，6个接地箱的外观相同，现场维护人员在不打开接地箱盖子的情况下，不能分辨是保护接地箱还是直接接地箱，只能根据图纸确定为：站内接地箱为保护接地箱，铁塔终端侧为直接接地箱。假设接地箱位置按设计要求，正确安装没有问题，那么理论上在铁塔侧护层是通过直接接地箱接地（护层和地是直接连通的），用钳型电流表检测A、B、C三相护层接地线电流应约相等，为电容电流。在变电站侧护层是通过保护接地箱接地（护层接地线通过高阻接地），用钳型电流表检测A、B、C护层接地线电流应为零。从表1可以看出，A、C相接地线实际电流与理论分析相符，没有问题。但是B相护层接地线电流却和理论分析刚好相反，肯定存在问题，难道是施工时把B相保护接地箱和直接接地箱的位置装反了吗？
2 现场查看
为了查清B相护层接地电流异常原因，5月8日，高压电缆管理小组组织相关部门技术人员共同进行了现场查看。在做好安全措施的情况下，首先打开了站内的B相护层接地箱，刚打开时有一股难闻的臭味，有水滴从接地箱内流出，此接地箱确实是保护接地箱，可以看出接地箱内的保护器已烧裂损坏，如图2所示：
接着大家又来到站外终端塔边，打开了220kV长城II回B相护层接地箱，该接地箱是直接接地箱，接地铜排已熔断，箱内炭化严重。铜排连接孔偏大，压接面积偏小，容易导致接触不良，如图3所示：
3 缺陷处理
5月9日对该线路停电消缺，经测量损坏的护层保护器呈导通状态，失去了保护护层绝缘的功能。更换了B相的直接接地箱和保护接地箱，并按有关规定对该电缆线路进行了预防性试验，试验没有发现异常，并于当天送电。
4 故障原因分析
当线路正常运行时，B相护层直接接地处只有较小的电容电流（现场测量3.7A左右），是不可能烧断接地铜排的（即使安装时铜排螺丝未压紧也不足以烧断连接铜排），所以应是站内的保护接地箱的护层保护器先损坏变成直接接地，B相护层有两点接地产生较大环流，从而烧断接触不良的直接接地箱连接铜排。
5 问题探讨
保护接地箱内的护层保护器为什么会损坏？
在探讨该问题前，我们先认识一下护层保护器，电缆护层保护器由非线性优良的氧化锌电阻片组成，在正常工作状态时，电阻片为高阻值，通过护层保护器的电流为微安级。当护层有过电压波侵入，达到保护器的动作电压时，电阻片瞬间呈低阻，流过的电流可达kA级，泄放了护层上的累积电荷，从而有效地保护了电缆外护层绝缘，使其勉受过电压的损伤。表2是一种护层保护器主要技术参数（以BHQ-2 为例）
5.1 保护器损坏可能原因之一
护层保护器通过短路或其他过电压原因引起的导通电流，若持续时间过长，将导致保护器损坏。
由表2可知，护层保护器的导通电流是有时间限制的。经查实，该线路曾经发生过B相短路情况，短路使电缆护层一端产生较高的电压，当达到护层保护器的导通电压时，保护器导通，产生较大电流，若此短路持续时间较长，超过保护器所能承受的时间，必然烧毁护层保护器。
5.2 保护器损坏可能原因之二
保护接地箱进水导致护层保护器损坏。
根据有关护层避雷器爆裂后解剖分析的情况看，保护器防潮性能差占有很大原因。从上面的图片我们可以看到，刚打开保护接地箱时，有水流出。现场看到，保护接地箱箱体及进线孔都密封较好，没有发现进水现象。水是从那里进来的呢？经反复查看发现，与保护器上端连接的接地引下线线芯有潮湿氧化情况，水份应该是通过接地引下线线芯直接流到保护接地箱内的。那么水份怎么会进入线芯呢？开始大家怀疑是接地箱上进线孔密封不良，经对该处密封进行现场解剖，发现该处密封处理良好。接着又对另一可疑部位，与尾管连接的护层接地引下线接线端子进行检查，发现接线端子只是用PVC简单包扎，未应用防水带进行防水处理，如图4所示：
很明显，由于南方雨季持续时间长，水就从该端子未密封部位，从上向下，顺着导体线芯流入接地箱，如图5所示：
6 存在的疑问及解释
6.1 存在疑问：
在未对护层进行耐压试验前，技术人员普遍认为护层可能存在多点接地，因为该护层缺陷发生后实际形成护层一端直接接地，另一端悬空，当护层遭受雷击、短路等形成的过电压后，护层上没有释放该电压的通路，当护层过电压超过护层的绝缘水平时，必然在护层绝缘薄弱处击穿，形成两点以上接地，产生环流，以释放过电压。但是经检测，护层绝缘良好，难道护层缺陷发生后护层没有发生过过电压吗？由于该缺陷较隐蔽，缺陷可能存在较长一段时间（从护层保护器炸裂的痕迹看，缺陷已发生较久），线路较长时间不发生过电压显然也是不现实的，那么为什么护层没有被击穿呢？带着这个疑问大家对现场可疑点反复进行查看，终于在站外终端塔尾管附近发现放电痕迹，如图6所示：
6.2 合理解释：
线路在设计时，为了使单芯电缆不穿过闭合磁路，特意在电缆终端安装钢板上，切割了一条缝隙，如上图所示。电缆尾管出线端子就在这缝隙上边，引下线压接端子与缝隙间的距离约1mm，在护层过电压达到一定水平时，该间隙击穿，产生环流，护层过电压得以释放，当过电压减小到不足以维持间隙击穿后，间隙绝缘恢复，护层内没有环流。从某种意义说，该间隙很好的起到了护层保护器的作用，正因为该间隙的存在，才使电缆护层绝缘未受到雷电等过电压的损伤。
7 预防措施
7.1改造有防水缺陷的接地箱
对局所有电缆线路的接地箱进行摸排，改造具有上述防水缺陷的接地箱。加强对接地系统的维护与监测，严格按有关规范进行预防性试验，对类似缺陷争取早发现早处理，以防缺陷扩大。
7.2加强护层接地系统的施工管理
施工前检查护层保护器是否完好，连接铜排的接触是否可靠，严防不合格产品应用到工程中；施工中，应重视接地系统的防水，特别是尾管引下线的端子一定要做好防水处理，另外铜排的连接一定要可靠；投运前，严格试验，完成标识的安装。
7.3从设计上进行把关
该接地箱存在设计缺陷，通常单相保护接地箱设计为进线和出线都在接地箱的下端。线孔在保护器下端，这样即使水从线芯或进线孔进入接地箱，也不会直接流到护层保护器上，保护器不会因此损坏，希望设计在选择接地箱时不要选择进线孔在上的类型。
参考文献：
[1] 1 李宗延 王佩龙 赵光庭 《 电力电缆施工手册》 中国电力出版社 2004年