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高压电缆护层保护器的性能与应用分析

摘要：单芯高压电缆多采用保护器对电缆护层绝缘进展过电压保护，本文对高压电缆护层保护器的性能及选择应用进展了分析，结合一起护层保护器预试不合格案例，采用试验、解剖方法对其进展了研究，发现运行中的保护器不合格原因主要由受潮引起，并对保护器的检验安装给出建议。

关键词：护层保护器；氧化锌；过电压

随着城市电网建立加快，高压电缆线路输电也朝着大长度、高负荷方向开展。为限制单芯高压电缆护层多种形式的过电压，通常采用穿插互联加护层保护器方式对护层绝缘进展保护。由于材料和制造工艺开展进步，以氧化锌阀片作为保护元件的护层保护器具有无串联间隙、保护特性好、优良的伏安特性等优势，并得到广泛应用。但从实际运行情况来看，保护器经过一段时间的运行后不合格率偏高，失去了过压保护效果，对电缆平安运行存在隐患。因此，需要从保护器性能、设计选择到安装应用、检修等方面进展分析，进步保护器运行可靠性。

1 电缆护层保护器的性能

1.1 单芯电缆金属护层过电压

单芯电缆线芯中交变电流产生的磁场，磁场产生的磁链不仅和线芯相链，也和金属屏蔽层及铠装层相链，必然会在电缆金属屏蔽和铠装层上产生感应电压。考虑到人身平安，电力平安规程规定，交流单相电缆的金属护层都必须直接接地，且在金属护套上任一点非接地处的正常感应电压在未采取不能任意接触金属护套的平安措施时不得大于50V。此时，

假如将铝护套两端接地，那么铝护套上将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%-95%，使得铝护套发热，降低电缆输送容量，最大可达60%-70%，并加速电缆的老化，因此，单芯电缆不应两端接地。

当铝护套或金属屏蔽层有一端不接地后，接着带来的问题是：当雷电波或内过电压沿线芯流动时，电缆铝护套或金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压；在系统发生短路，短路电流流经线芯时，电缆铝护套或金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压。当电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会出现多点接地，形成环流。为了降低电缆铝护套对地的过电压，常在金属护套不接地端与大地之间装设护层保护器。

1.2 护层保护器的性能要求

护层保护器在正常工作条件下呈现很大的电阻，以保证电缆护套在单点互联接地状态下工作。当雷电波和内过电压波进入电缆线芯，不接地端的护套出现较高电压时，保护器却呈现较小的电阻，是电流较容易经保护器泄入大地，此时保护器不应损坏，同时不接地端又应恢复呈现高阻。当然还要求保护器的残压应小于电缆护层冲击绝缘程度，这样保护器才能起到保护电缆护层绝缘的作用。

同时还应注意，在工频短路时金属护套的不接地端或绝缘接头的两端也会出现较高的工频电压。当接有保护器时，这一工频过电压也将作用在保护器上，工频过电压存在的时间很短，通常按线路后备保护动作时间考虑，这样就要求保护器在这段时间内能承受这一工频电压而不损坏。保护器耐受工频过电压的才能用规定时间下的耐压值〔例如2s或4s工频耐压值〕表示。

保护器的保护性能通常用残工比K表示。

残工比

保护器的残工比K越小，其性能越好，理想的护层保护器残工比K= 。早期的保护器采用的是碳化硅阀片，它的残工比约为4.5左右。1985年后改用氧化锌阀片，它的残工比为2.75，显然比前者优异的多。

2 电缆护层保护器的选择及连接要求

2.1 保护器的选择

电缆护层保护器是由非线性限流元件、金属电极和硅橡胶外绝缘构成，其绝缘程度、保护效果取决于电气参数设计和优化选取。护层保护器的参数选择，应符合以下规定：

〔1〕可能最大冲击电流作用下的残压，不得大于电缆护层的冲击耐压被1.4所除数值；

〔2〕可能最大工频过电压的5s作用下，应能耐受；

〔3〕可能最大冲击电流累积作用20次后，保护器不得损坏；

〔4〕保护器阀片数由护层所受工频过电压确定，保护器阀片数为：

式中m―保护器阀片数；Us―护层工频过电压值，kV；U’―单片阀片所能承受的工频电压值，kV。

2.2电缆金属护套与保护器连接的要求

〔1〕连接线应尽量短，宜在5m内且采用同轴电缆；

〔2〕连接线应与电缆护层的绝缘程度一致；

〔3〕连接线的截面，应满足最大电流通过时的热稳定要求。

3 电缆护层保护器的运行情况

目前，广州地区运行的110kV及以上电缆线路根本都是采用氧化锌保护器。自1985年第一条110kV投运以来，电缆线路所采用的保护器厂家众多，产品质量及外形规格参差不齐，给高压电缆的平安运行带来隐患。

从广州地区多年的高压电缆运行经历来看，根本每次的预防性试验均发现有保护器不合格的现象。现将广州一起110kV高压电缆线路国产保护器试验不合格的案例与大家分享。110kV电缆线路于2021年7月投产，在2021年2月进展的穿插互联络统试验中，三个互联段共18个保护器，试验结果有16个不合格。取回7个不合格保护器采取枯燥后再进展绝缘电阻测量、U1ma电压测量、I0.75U1ma泄漏电流测量，结果如表1：

从上述试验结果可以看出，1-3号保护器经过枯燥后试验合格，4号保护器氧化锌伏安特性不满足要求，5-7号保护器枯燥后试验仍不合格。然后我们对5号保护器进展解剖分析，解剖发现保护器存在以下几个问题：

〔1〕金属连接部位与外绝缘之间存在明显间隙〔见图1〕，导致水分可以轻易进入保护器内部；

〔2〕保护器环氧层有明显裂缝〔见图2〕；

〔3〕保护器环氧层内部发生氧化且有水迹〔见图3〕，水分已进入保护器内部。

通过枯燥、试验、解剖分析可知，保护器不合格主要原因是进水受潮。受潮到一定程度，内部构件受到侵蚀，改变保护器高压保护特性；同时发生沿氧化锌阀片外表的放电，使阻性泄漏电流增加，严重情况下会引起保护器爆炸。护层保护器通常安装在接地保护箱内，结合实际运行情况可知，引起保护器受潮有如下几个原因：

〔1〕互联箱内浸水。按照互联箱的技术要求，互联箱浸泡在1米深的水中不应该浸水。从密封胶圈本身来看，这么短的运行时间，应该还不会发生老化，互联箱进水原因可能是同轴电缆与互联箱之间的防水处理不好，或者互联箱盖的螺栓未收紧；

〔2〕保护器自身没有任何防水措施，一旦互联箱进水，就可能导致保护器损坏；

〔3〕互联箱平放导致箱内积水无法自行排出，长期积水导致保护器损坏，甚至导致箱内连接板发热。

为了确保护层保护器功能长期稳定，必须做好保护器的受潮防护。相应的可以从如下几个方面采取措施：

〔1〕选用合格的保护器，严格进展到货检验，确保金属连接部位与外部绝缘之间保持整体性，密封良好。

〔2〕对安装保护器的互联箱构造进展检查，进线和出线防水处理施工工艺要到位，

〔3〕互联箱密封圈和盖体安装到位，防止螺栓紧固和胶圈受力不平衡。

〔4〕有条件情况下，附井内的互联箱保持竖向悬挂安装，防止井底打平放置。安装互联箱的附井排水通畅，防止互联箱长期浸水。

4 完毕语

电缆护层保护器对降低护套过电压，保证电缆大容量、可靠输电有重要意义。随着技术的开展，国产护层保护器的性能也在不断的进步，但是在一些加工制作细节方面仍有进步的空间。另外，也存在一些问题有待于研究和讨论。例如：电缆护层保护器使用至今，运行维护方面的资料和经历还很少，国内目前还没有统一的或推荐性的运行维护标准，用1000V兆欧表6年一次的绝缘电阻检测能否充分断定护层保护器的运行状况？保护器运行假设干年后是否应该拿到实验室进展类似出厂试验的试验？诸如此类，都有待进一步在以后的运行理论中考证和标准。

参考文献：

[1] Q/CSG11402-2001.电力设备预防性试验规程[Q]。

[2] GB50217-1994.电力工程电缆设计标准[S].

[3] 江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].北京.中国电力出版社。