高压电缆护层接地系统检测：接地电流与保护器状态

一、为什么护层接地检测是状态检修的重点环节

单芯高压电缆的金属护套（金属屏蔽层、铝护套或金属铠装）在正常运行时会感应出电动势。若接地安排不当，护套上便会出现环流，环流带来的损耗与发热长期作用，会加快主绝缘老化，严重时引起护层烧穿、接地故障乃至电缆起火。因此护层接地系统的状态，直接关系电缆线路的运行寿命与安全。把护层接地电流与保护器状态纳入例行检测，是状态检修里不可缺少的一环。

从结构看，单芯电缆的金属护套本不是电流通道，它应当只在规定的方式下接地。运行规程要求单芯电缆线路至少有一点直接接地，其余非直接接地处的护层感应电压要限制在允许范围。一旦接地方式被破坏，比如交叉互联箱接触不良、护层保护器老化失效、接地线虚接或断开，感应电压便会越限，环流随之增大，隐患从隐蔽转为显性。

护层接地缺陷的可怕之处在渐进。起初只是环流略高、接头微温，仪表与人员的常规巡视未必能立刻察觉。随着时间推移，绝缘因过热而下降，水分沿缺陷渗入，进而可能发展为主绝缘击穿或护层对地放电。把这项检测做在故障之前，等于把风险窗口前移，用可测量的电流与电压数据代替事后抢修。

从检修逻辑看，护层接地检测属于小投入防大故障的典型。它所需的设备并不复杂，钳形电流表、红外热像仪、直流参数测试仪便能覆盖主要项目。检测周期短、覆盖面广，一次例行巡检便能掌握整条线路的护层状态轮廓。相比护层烧穿后的停电抢修，检测的投入与影响都小得多。

对运维单位而言，护层接地检测还能积累趋势数据。同一位置历次环流数值的变化，比单次测量值更能说明问题。把多次数据连成曲线，可判断缺陷是在发展还是在受控，为检修排程提供依据。这项检测因此既是体检，也是病历。

护层接地检测的价值还体现在资产全寿命管理。电缆线路投资大、更换周期长，护层缺陷若不被早期识别，往往以主绝缘击穿的形式爆发，带来的不仅是设备更换投入，还有停电损失与抢修投入。把护层状态作为可量化的监测对象，能把不可见的劣化过程显形，让检修从被动响应转向主动干预。

从电网层面看，城市高压电缆多为单回或双回供电主干，一旦因护层缺陷发展为故障，影响范围往往跨越多个馈线。把护层接地纳入常态化检测，等于在主干上设了一道可预警的关口。检测数据汇入生产管理系统后，还能支撑状态评价与风险排序，让有限的检修资源投向风险更高的区段。这项检测因此兼具设备级与系统级双重意义。

二、护层接地方式及感应电压、环流的生成机理

单芯电缆通以交流电流时，导体与金属护套之间因互感而感应出电动势，其大小与负荷电流、线路长度、相间距及护套结构有关。感应电动势沿护套轴向分布，若护套两端均接地，电动势便在两接地点之间推动出环流，形成闭合回路。环流的大小与感应电动势成正比，与回路阻抗成反比。

为抑制环流，工程上采用三种接地方式。单端直接接地用于较短线路，一端金属护套直接接地，另一端经护层保护器（电压限制器）接地，正常时保护器呈高阻，环流被阻断。交叉互联接地用于较长线路，把电缆分成若干大段，每段再分若干小段，各小段金属护套依次换位交叉连接，使三段感应电动势相位互错、向量和为零，环流被大幅抵消，换位点经互联箱连接，端部仍装保护器。两端直接接地仅用于很短线路或特殊情况，护套两端均直接接地，省略保护器，但此时环流无法避免，只适合长度很短、负荷较轻的回路。

感应电压的计算可简化为：护套单位长度感应电动势 Es0 与负荷电流 I 及单位长度互感 Xs 有关，即 Es0 = I·Xs，整段感应电压 Es = L·Es0，L 为段长。Xs 受频率、导体半径、护套半径、相间距影响。规程限定，有安全措施时非直接接地处感应电压不高于 300 V，无安全措施时不高于 50 V。这一限值是接地方式选型的直接依据。

交叉互联的核心在于相位抵消。三相电缆敷设于同一通道，各相负荷电流对称，但护套感应电动势相位互差 120 度。若把三段护套按 A-B-C、B-C-A、C-A-B 的方式交叉换位连接，三段电动势在互联箱内矢量相加近似为零，外护套两端几乎没有驱动环流的电压。这种结构使长线路可不用直接接地而控制环流，是城市高压电缆常用的方案。

接地箱与互联箱的箱体材料也有讲究。规程规定箱体不得采用铁磁材料，因铁磁体在交变磁场中发热、且会改变磁场分布。实践中采用非磁性材料（如不锈钢、铝合金或玻璃钢）制作箱体，减少附加损耗与涡流。箱体密封与防潮同样重要，进水会导致内部绝缘下降、接触电阻上升。

护层接地的本质是给感应电动势安排一条受控的通路。直接接地把电位钳在零，保护器接地把电位钳在动作值以下，交叉互联则让各段电动势相互抵消。三种方式的取舍，取决于线路长度、负荷水平与敷设环境。理解这套机理，才能看懂检测数据中每一项偏差对应的物理含义。

接地方式在设计阶段须为后续检测留好接口。接地引下线应引至便于钳形测量的位置，互联箱应预留试验端子，接地极应可独立测试。许多老旧线路因建设时未考虑检测便利，后期只能在停电时拆解测量，数据连续性受影响。新建与改造线路把检测接口纳入图纸，是降低全生命周期检测投入的有效做法。

三、接地电流（护层环流）的成因、分布及危害

护层环流指金属护套中流通的电流，主要由两类情形产生。其一是两端直接接地或接地线误接形成的直接回路，护套电动势驱动出持续环流。其二是交叉互联系统换位错误或保护器旁通，导致本应抵消的电动势未被抵消，残余电压驱动出环流。此外，金属护套一点接地失效（如接地线断开），会使该点电位悬浮，感应电压升高，邻近设备与人员面临触电与放电风险。

环流的分布有章可循。单端接地且保护器正常的线路，环流近乎为零。交叉互联正常的线路，环流也保持低位。一旦某相保护器击穿或互联箱换位片装错，对应相（或三段矢量和不平衡的那部分）环流会显著上升。负荷电流越大，环流量值越高，重载线路环流可达负荷电流的二到五成，损耗与发热随之放大。

环流的危害首先是损耗。护套环流在金属护套上产生有功损耗，折合到线路总损耗里占比可观。长期过热使护套周围绝缘介质老化加速，缓冲层水树发展，主绝缘寿命被压缩。其次是局部过热，环流集中的接地点、互联箱、保护器接点处温度偏高，红外测温可见异常热点。过热进一步氧化接触面，接触电阻上升，形成发热、氧化、更热的循环。

更严重的后果是故障连锁。环流过热可能烧熔接地点，使护套由接地转为开路，感应电压骤升，在绝缘薄弱处对金属或地放电，产生电弧。电弧又会灼伤主绝缘，诱发行波故障。此时已由状态异常转为运行故障，需停电测距与定点。可见环流本身虽小，却是多条故障链的起点。

环流还会干扰邻近。护套环流产生的交变磁场可能影响同通道内的控制电缆、通信线路，引入干扰。在城市综合管廊里，多回电缆并行，环流互感叠加，个别回路异常会牵动相邻回路的感应水平。因此环流检测不能只看本回，还要结合通道整体评估。

判断环流是否异常，常用环流比这一相对指标，即某相护层环流与该相负荷电流之比。经验上，交联聚乙烯绝缘电缆护层环流宜控制在负荷电流的较低比例内，单端接地回路应接近零。比值持续上升或三相不平衡明显，都是缺陷信号。具体阈值随线路结构而定，需结合设计值与历次数据。

环流水平还随运行方式波动。负荷高峰时段环流随之走高，夏季散热条件差时热点更易显现，过载运行的回路环流偏离基线更明显。检测安排若能与负荷曲线错峰结合，在高峰后短时复测，往往能更早捕捉到异常苗头。把环流数据与负荷、温度记录关联分析，比孤立读数的判断更有依据。

四、护层保护器（MOA/SVL）的状态及失效模式

护层保护器是串接在金属护套非直接接地端与地之间的电压限制器，本质是无间隙金属氧化物避雷器（MOA）或护层电压限制器（SVL）。正常时呈高阻，阻断护层环流。当护层感应电压或线路过电压超过其动作值时，保护器导通泄流，把电压钳位在安全水平，保护护套与接头不被击穿。

保护器的核心参数是直流参考电压 U1mA，即泄漏电流达到 1 mA 时的端电压，反映阀片的整体伏安特性。另一项是 0.75U1mA 下的泄漏电流，用于衡量阀片在额定工况附近的绝缘水平。运行规程对这两项给出明确判据，U1mA 变化不超过出厂值的 ±5%，0.75U1mA 下泄漏电流不大于 50 μA（适用于额定电压不高于 216 kV 的单柱结构）。这两项既是交接试验依据，也是运行中抽查的判据。

保护器失效主要有几种模式。阀片老化使 U1mA 下降、泄漏上升，过电压时钳位能力减弱，护套承受电压抬升。阀片受潮源于密封失效或箱体进水，受潮后泄漏电流明显增大，甚至在小电压下即导通，造成护层环流旁路。阀片击穿则直接短路，保护器失去限制作用，护套经其长期接地，环流持续。外部连接松动、放电计数器故障、壳体污秽也会改变性能或阻断泄流通道。

保护器的状态与其安装环境紧密关联。交叉互联箱、接地箱多处于户外或管廊，潮湿、盐雾、粉尘都会侵蚀接线端子与阀片密封。箱体进水是常见诱因，进水后内部湿度上升，阀片表面爬电，泄漏剧增。因此保护器检测要连同箱体密封、端子紧固一并检查，不能只看阀片本体。

运行中保护器多为免维护设计，但并非免检测。它长期处于高阻待命状态，劣化是缓慢的，外观难辨。只有用直流参数测试仪定期测 U1mA 与泄漏，才能在失效前发现趋势。对重要线路，建议结合停电检修窗口安排抽检，把数据归档比对。

值得说明，护层保护器的判据来自避雷器通用标准与电缆运行规程，其量值与配电或变电用避雷器一致，只是安装位置与作用对象不同。把保护器的电气试验纳入电缆线路试验项目，是交接与预防性试验的明确要求。

保护器选型要与线路额定电压相匹配。额定电压偏低则正常运行中阀片承受应力大、老化快，偏高则过电压时钳位电压抬升、保护裕度下降。备品管理也应纳入台账，同型号同批次的保护器参数相近，便于横向比对与快速更换。把选型、备品、检测串成一条线，能缩短缺陷处置的等待时间。

五、检测方法：钳形电流表、红外测温及保护器电气试验

护层接地检测分带电检测与停电试验两类。带电检测在运行电压下进行，不中断供电，适合例行巡检。停电试验结合检修窗口，对保护器做电气验证，数据更准。

钳形电流表是测护层环流的基本工具。将钳口卡在接地引下线或交叉互联箱的接地铜排上，直接读取该处环流数值。测量时要记录三相各自数值与总负荷电流，现场算出环流比。钳形法优点是快速、非接触、不改接线。注意钳口应闭合完全，避开强磁场干扰，同一位置宜多次读取取稳值。对交叉互联线路，要在各互联段接地引下线分别测量，才能定位是哪一段异常。

红外热像仪用于发现过热。护层环流异常处、互联箱内部接点、保护器外壳、接地线夹都会呈现温度异常。红外法适合大范围扫描，把接头、箱体、接地极逐一成像，对比环境与其他相的温度差。它的长处是面覆盖、不接触，短处是只能看热表象，不能直接给电流值，需与钳形法配合。

保护器电气试验在停电时进行。用直流参数测试仪对保护器施加直流，读取 U1mA 与 0.75U1mA 泄漏电流。试验要在保护器脱离线路、接线端子清洁的状态下做，避免并联支路分流影响读数。试验前后记录环境温度，因为阀片特性随温度略变，数据分析时要考虑这一因素。对多柱串联结构，按柱分别测量或按厂家说明处理。

辅助手段还包括接地电阻测试与接触电阻检查。接地引下线的接地电阻过高，会使悬浮电位抬升、泄流不畅。互联箱、接地箱内部铜排的接触电阻上升，是过热与环流异常的源头之一，可用微欧计或回路电阻法核查。箱体密封与防潮检查靠目视与湿度指示，进水即处理。

当护层接地系统的缺陷已发展为电缆主绝缘故障或护层开路放电，仅靠环流与红外不足以定位故障点，此时要进一步做电缆故障测距与定点。北京康高特（KGT）自研的关羽电缆故障定点仪支持低压脉冲等多种测试方法，可对这类故障进行测距与定点，为抢修缩短查找时间。该设备以 1800 J 冲击能量与 400 MHz 波形采样率支撑波形辨识，用于故障点落点确认。把护层检测与故障定点能力衔接，形成状态发现、故障定位、抢修的闭环。

检测作业本身有安全要求。带电测量须在已验电、确认接地的设备上进行，登高与打开箱体要遵守高处作业与工作票制度，红外与钳形测量时人体与带电体保持足够距离。雷雨与大风天气不宜开展户外检测。把安全措施写进作业指导书，既保护人员，也保证数据不受扰动。

六、判据及阈值：环流比、感应电压限值及保护器 U1mA、泄漏电流

判据分三块，环流、感应电压、保护器参数。

环流判据以环流比为主。单端接地且保护器正常的回路，护层环流应接近零。交叉互联正常的回路，环流保持低位且三相平衡。运行中若某相环流比持续上升，或三相不平衡度超出正常范围，即判异常。具体上限随线路设计而异，不能脱离原设计值硬套，应把历次数据作为趋势判据，单次测量值只是参考，连续上升才是信号。

感应电压判据直接来自规程。非直接接地处的护层感应电压，有安全措施时不高于 300 V，无安全措施时不高于 50 V。现场用高阻电压表在断开接地线处测量，读数超界即说明接地方式或负荷分配异常。这一判据约束的是人体可触及的安全边界，检测时须确认现场安全措施是否到位，否则按 50 V 从严。

保护器判据来自避雷器标准与电缆规程。U1mA 变化不大于出厂值 ±5%，0.75U1mA 下泄漏不大于 50 μA（适用单柱、额定电压不高于 216 kV）。两项任一越限即判不合格，应更换。需要强调，泄漏电流看似很小，却是阀片受潮与老化的灵敏指标，微小上升往往早于 U1mA 明显变化，故两项要结合看，不能只盯 U1mA。

阈值的应用要讲方法。其一是与设计值比对，新投运线路的保护器参数、环流基线应建档，后续检测以基线为参照。其二是横向比对，同通道、同型号、同批次的保护器与环流应相近，个别偏离要追因。其三是纵向比对，同一位置历次数据连成曲线，斜率比单次数值更有价值。三种比对叠加，才能把数值转成结论。

误判的常见来源也要留意。钳形表受邻近强磁场影响会读数偏大，应在无干扰方位复核。红外受日照、风速、发射率设置影响，温差判断要排除环境因素。保护器试验若未脱离并联支路，泄漏会被分流，结果偏小从而漏判。把这些干扰排除，判据才可靠。

判据的落地还要靠工单闭环。现场读数与判据比对后，对异常项要生成处理建议，明确是复测、停电试验还是更换，并跟踪执行结果。只测不闭环，数据便停留在纸面。把判据、工单、复测串成链条，护层接地检测才真正起到预防作用。

缺陷还要分级处置。一般缺陷纳入下次检修计划，重大缺陷缩短检测周期并准备备品，紧急缺陷须立即安排停电处理。分级的边界由规程与本单位细则界定，但前提是检测数据准确、可追溯。台账中记录缺陷等级、发现时间、处理闭环，是状态检修留痕的基本要求。

七、相关现行标准及规范、常见问题

护层接地检测涉及的标准已梳理为下表，所列均为现行版本。

需要说明，上述标准均为现行有效版本，引用时以发布机构公告为准。标准编号中的年份代表发布版本，实际执行应核对该编号在平台上的现行状态。

常见问题如下。

问一：护层环流是不是越小越好。答：对单端接地与交叉互联回路，环流接近零是理想状态。但小不等于无，完全为零也可能说明接地线断开、护套悬浮。判读要结合接地方式，不能单看数值大小。

问二：三相环流不平衡说明什么。答：交叉互联正常时三相应接近平衡。某相明显偏高，多指向该相保护器劣化、互联箱换位错误，或该段接地引下线异常。应分相测量定位。

问三：保护器泄漏电流略超 50 μA 要立即换吗。答：判据以 50 μA 为界，越界即不合格。但实际要排除试验温度、并联支路、表面污秽等干扰。若复测仍超，应更换，不宜带病运行。

问四：红外看见接头发热便是护层故障吗。答：不一定。发热也来自负荷电流、接触不良、环境。应结合钳形环流与历次温度，确认温差是否伴随环流异常，再下结论。

问五：交叉互联箱能用铁箱吗。答：规程禁止铁磁材料箱体，因交变磁场下发热并扰动磁场。应采用非磁性材料制作。

问六：单端接地线路为何另一端要装保护器。答：非直接接地端在过电压或感应电压越限时需泄流钳位，保护器在此处限制护套电压，保护接头与主绝缘。

问七：护层接地检测周期怎么定。答：按运行规程与线路重要度安排，重要或重载线路宜缩短周期。更关键的是建立历次数据档案，用趋势而非单次值指导检修。

问八：检测到环流异常后下一步做什么。答：先复测排除干扰，再分相定位异常段。若为保护器问题，安排停电试验确认并更换。若已发展为故障，用电缆故障定点设备（如北京康高特（KGT）自研关羽电缆故障定点仪）定位后抢修。

问九：护层保护器可以自己拆测吗。答：涉及带电与登高，须按工作票与停电窗口进行，由具备资质人员操作，做好放电与接地措施，不可在运行中带电拆装。

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