35kV高壓?jiǎn)涡倦娎|故障分析及注意事項(xiàng)

朱朝陽(yáng)(新疆中泰(集團(tuán))有限責(zé)任公司 新疆烏魯木齊 830000)

2007年，因電纜敷設(shè)、安裝、設(shè)計(jì)等原因，某化工廠35kV單芯電纜多次發(fā)生電纜頭或中間部位爆燃事故，檢修人員加強(qiáng)運(yùn)行電纜巡視，采用紅外線成像手段，發(fā)現(xiàn)大部分電纜電纜頭存在發(fā)熱點(diǎn)，雖然檢測(cè)溫度不高，但發(fā)熱點(diǎn)集中且長(zhǎng)期存在。

一、故障原因分析如下

1.當(dāng)多根單芯電纜平行敷設(shè)時(shí)，電纜間產(chǎn)生感應(yīng)電壓。假設(shè)電纜間軸向距離為l mm,每根電纜的平均半徑為r mm，流經(jīng)電纜的電流為I A，則在流經(jīng)50Hz的交流時(shí)，每公里電纜的感應(yīng)電壓Ug=0.145 Ilog(l/r),如電纜線路較長(zhǎng)，則感應(yīng)電壓可能達(dá)到危及人身安全的程度。當(dāng)電纜絕緣損壞時(shí)，在電纜的外皮、金屬護(hù)套等都可能形成電流，并進(jìn)一步引起電纜多處絕緣損壞。

2.在35kV高壓?jiǎn)涡倦娎|纜芯中通過(guò)50Hz的交流時(shí)即產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)會(huì)在電纜屏蔽層/金屬護(hù)套上形成渦流，感應(yīng)出一個(gè)電壓，其電壓大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁力線的變化率的大小成正比。如果銅屏蔽/金屬護(hù)套出現(xiàn)多點(diǎn)接地，兩接地點(diǎn)間則會(huì)形成一閉合回路，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，其大小與負(fù)荷電流成正比，數(shù)值可達(dá)數(shù)十安培，形成屏蔽層銅帶/金屬護(hù)套在通過(guò)較大電流時(shí)集中一點(diǎn)發(fā)熱。電纜主絕緣層材質(zhì)可耐受高壓，卻不能耐受高溫，發(fā)熱將造成絕緣逐漸老化損傷，尤其在屏蔽層與接地線連接處或外護(hù)套絕緣破損處容易燒毀主絕緣，繼而發(fā)展為線芯接地(即單相接地)。

3.對(duì)電纜線路短、傳輸功率小的單芯電纜允許電纜兩端接地，但環(huán)形電流作用在電纜頭終端尾管的接地連接部位所產(chǎn)生的長(zhǎng)期發(fā)熱情況不可避免，對(duì)電纜頭部位主絕緣造成潛在危害。

4.當(dāng)線路發(fā)生不對(duì)稱短路或遭受操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓時(shí)，金屬護(hù)套還會(huì)形成更高的電壓，導(dǎo)致護(hù)層絕緣損壞。

5.電纜中間部位爆燃多因電纜敷設(shè)施工造成絕緣損壞引起。

二、電纜單相接地產(chǎn)生的危害

1.本廠35KV出線普遍較長(zhǎng)，對(duì)地電容較大時(shí)，單相接地電流不容忽視。當(dāng)單相接地電流超過(guò)允許值，接地電弧不易熄滅，易產(chǎn)生較高弧光間歇接地過(guò)電壓，危及35KV系統(tǒng)絕緣薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)電纜等造成設(shè)備熱損壞。電纜線路電容電流的估算計(jì)算公式：

正常情況下，35 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地，允許運(yùn)行2 h。由于電容電流較大，接地電弧變得不能自熄而產(chǎn)生了較高倍數(shù)的弧光接地過(guò)電壓，最大可達(dá)3.5倍。 在單相接地事故中，通過(guò)弧光的電流乃是未接地相對(duì)地電容電流的總和。為了減小故障總電流，往往采用消弧線圈，并控制接地點(diǎn)殘流不超過(guò)10 A。但若是根據(jù)理論計(jì)算值來(lái)調(diào)整消弧線圈分頭，誤差大，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障點(diǎn)殘流仍大于10 A，接地電弧不能自熄，仍產(chǎn)生較高的弧光接地過(guò)電壓。

2.當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)故障相電壓下降，其余兩相對(duì)地電壓升高為線電壓對(duì)電氣設(shè)備絕緣造成危害。35KV系統(tǒng)接地電弧在起弧和息弧時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)電壓的較大波動(dòng)會(huì)影響在用的電氣設(shè)備，更嚴(yán)重的是如果電弧不能得到有效抑制其所產(chǎn)生的高熱將進(jìn)一步破壞絕緣，甚至?xí)茐钠渌麅上嗷蚱渌芈冯娎|的絕緣，當(dāng)相間絕緣破壞后就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的短路事故。

三、防范措施

1.首先電纜在敷設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意不能使外護(hù)層破損，同時(shí)避免施工中電纜窩、折形成絕緣破損，造成屏蔽層/金屬護(hù)層接地，電纜敷設(shè)完成后要檢測(cè)屏蔽層/金屬護(hù)層對(duì)地絕緣。

2.電纜頭制作應(yīng)嚴(yán)格按工藝技術(shù)要求進(jìn)行，在選擇品牌電纜頭附件、嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)工藝的基礎(chǔ)上，按規(guī)范恢復(fù)受損電纜頭。

3.電纜頭制作完畢進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)使受電端屏蔽層/金屬護(hù)層可靠接地，而另一端懸空(或裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)器)。有中間接頭的電纜也要保證各段電纜的屏蔽層/金屬護(hù)層僅有單點(diǎn)保護(hù)接地。

4.當(dāng)電纜穿過(guò)零序電流互感器時(shí)，電纜頭的接地線應(yīng)通過(guò)零序電流互感器后接地；由電纜頭至穿過(guò)零序電流互感器的一段電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對(duì)地絕緣。

5.定期檢測(cè)屏蔽層/金屬護(hù)層接地點(diǎn)的對(duì)地電流，為了防止發(fā)生危險(xiǎn)，長(zhǎng)距離敷設(shè)35KV單芯電纜，需將電纜外皮和金屬護(hù)套在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)接地，以限制感應(yīng)電壓值在下列范圍以內(nèi)：對(duì)于一般鎧裝電纜限制到12V，對(duì)橡套電纜限制到40V。

6.對(duì)35KV電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)可能對(duì)電纜局部造成損傷。直流耐壓試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷十分有效，但對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜則未必有效，而且還可能產(chǎn)生負(fù)作用，2006年電力設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，35KV電纜應(yīng)采取交流耐壓試驗(yàn)。

7.針對(duì)35KV系統(tǒng)單相接地，需采取以下措施及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并有效抑制接地弧光：

(1)大力推廣微機(jī)接地保護(hù)技術(shù) 。35 kV系統(tǒng)屬小電流接地，由于接地保護(hù)一直未能很好解決，需要人工查找接地線路，時(shí)間長(zhǎng)引發(fā)了一些相間短路，使事故擴(kuò)大化。目前，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已實(shí)現(xiàn)了小電流接地系統(tǒng)繼電保護(hù)的選擇性，即當(dāng)發(fā)生單相永久接地故障后，在整定的時(shí)間內(nèi)可以自動(dòng)跳開(kāi)故障線路，極大的減少了35 kV系統(tǒng)單相接地持續(xù)時(shí)間，從而大大降低了單相接地事故擴(kuò)大化的概率。(2)要有能夠抑制接地電弧的消弧線圈(用于架空線路)或消弧裝置(用于電纜線路)，同一供電系統(tǒng)中不得有兩套消弧裝置同時(shí)運(yùn)行。。消弧裝置中的熔斷器、真空接觸器應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的對(duì)地電容電流合理配置。消弧線圈的分頭調(diào)整，不能僅僅依據(jù)理論計(jì)算值，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)電容電流值來(lái)調(diào)整。否則，由于計(jì)算誤差大，造成消弧線圈發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。更為嚴(yán)重的是，有可能造成消弧線圈欠補(bǔ)償，形成諧振過(guò)電壓，從而產(chǎn)生負(fù)作用。容性電流測(cè)試工作應(yīng)定期開(kāi)展。老式手動(dòng)消弧線圈除需停電調(diào)分頭，不能自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)電容電流等缺點(diǎn)外，脫諧度也很難保證在10%以內(nèi)，其運(yùn)行效果不能令人滿意。據(jù)國(guó)內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)分析表明，采用老式手動(dòng)消弧線圈補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)，單相接地發(fā)展成相間短路的事故率在20%～40%之間，比采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)高出3倍以上。因此，新上消弧線圈應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南【€圈。(3)當(dāng)無(wú)法通過(guò)硬件設(shè)備判別故障回路時(shí)應(yīng)及時(shí)采用拉路法進(jìn)行排查，不得使系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間接地運(yùn)行。