一起10 kV電力電纜故障成因分析與處理

亓富軍，趙福強(qiáng)，紀(jì)祥貞，張?jiān)骑w

（國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東臨沂276003）

一起10 kV電力電纜故障成因分析與處理

亓富軍，趙福強(qiáng)，紀(jì)祥貞，張?jiān)骑w

（國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東臨沂276003）

以一起10kV電力電纜故障為例，詳細(xì)分析故障的形成原理與成因，深入研究了電纜金屬護(hù)層從單點(diǎn)接地逐漸發(fā)展為兩點(diǎn)接地的機(jī)理、危害及其兩條電纜線路形成相間短路的過程，提出了解決方法和整改措施。

小電流接地系統(tǒng)；兩點(diǎn)接地；電纜故障；相間短路

0 引言

在小電流接地配電網(wǎng)中，最常見的故障是單相接地故障，隨著電纜線路的普及和應(yīng)用，系統(tǒng)接地電容電流越來越大，發(fā)生單相接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熄滅和重燃交替的間歇性不穩(wěn)定電弧，并在健全相以及故障相中產(chǎn)生很高的過電壓［1］，將波及整個(gè)系統(tǒng)，擴(kuò)大事故，給配電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成極大挑戰(zhàn)。以一起系統(tǒng)間歇性接地故障引起的電纜線路相間短路為例，對(duì)小電流接地系統(tǒng)中電纜接地故障問題進(jìn)行分析探討。

1 電纜線路現(xiàn)場(chǎng)情況

九曲站10 kV九曲六線、10 kV九曲七線的主線均為純電纜線路，單芯鋁絞線，型號(hào)YJLV-1×500，其中九曲六線主線長(zhǎng)1.5 km，九曲七線主線長(zhǎng)2 km，由九曲供電所于2006年施工并投運(yùn)。該兩條線路自九曲站向東出線，沿電纜溝敷設(shè)，其中前800 m與10 kV九曲五線、10 kV九曲八線同溝敷設(shè)，故障點(diǎn)出現(xiàn)在變電站向東700 m電纜溝內(nèi)，線路連接如圖1所示。

圖1 線路接線示意

2014-04-01T17∶02九曲站10 kVⅠ母線B相發(fā)生接地，故障相相電壓值在0.7～2.3 kV間忽高忽低不規(guī)則變化，故障象征顯示系統(tǒng)發(fā)生間歇性接地短路。17∶13九曲站10 kV九曲七線11開關(guān)、10 kV九曲六線10開關(guān)過流一段跳閘。經(jīng)變電運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)檢查10 kV九曲六線故障相別為B相，故障電流7 4.6 A，10 kV九曲七線故障相別為A相，故障電流62.5 A，站內(nèi)設(shè)備檢查均無異常。18∶28配電檢修人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)故障電纜敷設(shè)于同一電纜溝內(nèi)，且故障擊穿點(diǎn)在電纜溝內(nèi)相同位置的同根角鐵支架上，九曲六線B相接地處電纜燒蝕，造成九曲七線A相絕緣同時(shí)擊穿，形成兩條線路相間接地短路而同時(shí)跳閘。其中10 kV九曲六線2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線電纜頭在線路短路故障時(shí)同時(shí)擊穿，造成嚴(yán)重?zé)齻?1∶05九曲站10 kV九曲七線、10 kV九曲六線均轉(zhuǎn)為線路檢修，由配電檢修人員進(jìn)行緊急搶修。2014-04-02T 06∶13九曲站10 kV九曲六線、10 kV九曲七線線路搶修工作結(jié)束，故障線路恢復(fù)正常送電。

2 電纜故障形成分析

2.1 電纜金屬外護(hù)層接地作用

電力電纜在交流電壓下運(yùn)行，線芯中通過交流電流會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，將在金屬外護(hù)層和鎧裝層上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

對(duì)于單芯高壓電力電纜，感應(yīng)電壓可能達(dá)到很大的數(shù)值，尤其在短路情況下，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓不僅會(huì)危及人身安全，更有可能擊穿金屬護(hù)套的外護(hù)層。絕緣層和金屬護(hù)層的電流主要有3種：1）電纜金屬護(hù)層與大地可靠接地，與大地形成回路，因此隨著感應(yīng)電壓的產(chǎn)生，相應(yīng)的產(chǎn)生感應(yīng)電流；2）電纜金屬外護(hù)層和鎧裝層間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因電纜位置的差異而產(chǎn)生不同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)數(shù)值，這樣，會(huì)在外護(hù)層和鎧裝層間產(chǎn)生渦流；3）電纜正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)電纜的電容效應(yīng)，電纜的線芯相當(dāng)于電容的正極，而金屬外護(hù)層就相當(dāng)于電容器的負(fù)極，交變的電場(chǎng)會(huì)在絕緣層中產(chǎn)生泄漏電流，即電容電流。

電纜敷設(shè)時(shí)要求電纜金屬護(hù)層存在單點(diǎn)或交叉互聯(lián)可靠接地。在電纜較短時(shí)，若兩端接地將會(huì)導(dǎo)致在單芯電纜外護(hù)層形成環(huán)流，因而應(yīng)在電纜頭一端接地［2］，這樣外護(hù)層與大地就形成了電流通路，3種電流都得到有效的傳遞，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 電纜金屬護(hù)層電流傳遞

對(duì)于具有公共金屬外護(hù)層的三芯電纜，因線芯通過的三相電流的相量和為零［3］，在公共的金屬外護(hù)層中的感應(yīng)電壓相量和亦為零。因此正常運(yùn)行時(shí)，電纜金屬外護(hù)層中流過的電流是泄露電流。

當(dāng)電纜對(duì)金屬護(hù)套或屏蔽發(fā)生短路時(shí)，短路電流可通過回路流入大地。電纜線芯絕緣損傷后發(fā)生相間短路發(fā)展至接地故障時(shí)，故障電流可通過接地線流入地中。電纜中的不平衡電流引起的感應(yīng)電壓通過接地線與大地形成短路，防止電纜對(duì)接地支架存在電位差而放電閃絡(luò)［4］。

2.2 九曲站出線電纜故障成因

事故發(fā)生后，經(jīng)調(diào)查九曲六線、九曲七線2013年單芯電纜排查治理中已一端接地。但在1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜距離2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜100 m處、九曲六線B相電纜被電纜溝角鐵支架磨損，造成電纜外護(hù)層被角鐵支架刺穿。電纜受傷處發(fā)熱，絕緣破壞程度逐漸發(fā)展，產(chǎn)生放電對(duì)九曲六線的B相電纜金屬護(hù)層與大地形成了新的接地點(diǎn)，這樣就導(dǎo)致了一根很短的電纜其金屬外護(hù)層同時(shí)有兩個(gè)可靠的接地點(diǎn)。由于單芯電纜金屬外護(hù)層感應(yīng)電壓的存在以及兩個(gè)接地點(diǎn)的同時(shí)存在，從而導(dǎo)致了兩接地點(diǎn)間的壓差，進(jìn)而導(dǎo)致了兩接地點(diǎn)間環(huán)流的產(chǎn)生，而電纜金屬外護(hù)層的電阻會(huì)導(dǎo)致電纜受傷處絕緣的溫升，這種非正常狀態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行勢(shì)必會(huì)造成電纜絕緣層的老化，最終造成10 kV九曲六線單相接地故障的發(fā)生，故障形成原理如圖3所示［5］。

圖3 電纜兩點(diǎn)接地渦流示意

九曲站10 kV九曲六線、九曲七線開關(guān)CT均為完全星形接線方式，且均裝設(shè)有三段式過流保護(hù)。因線路全為電纜線路，線路重合閘均已通過外壓板退出運(yùn)行。根據(jù)故障時(shí)電壓變化的特征可以判斷出，九曲六線B相電纜絕緣擊穿過程中，產(chǎn)生了間歇性弧光接地，產(chǎn)生的電弧對(duì)九曲七線A相電纜形成燒傷從而造成絕緣擊穿，九曲六線B相和九曲七線A相相繼發(fā)生接地，造成兩條線路形成異線路異相相間接地短路故障，從而使兩條線路過流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作跳閘，其原理圖如圖4所示。

圖4 九曲站10 kV電纜線路兩點(diǎn)接地短路示意

3 防范措施

加強(qiáng)對(duì)電纜接地系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與維護(hù)，嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。例如針對(duì)單芯電纜頭接地進(jìn)行排查，消除電纜頭兩端接地情況；對(duì)電纜頭接地電流進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)超出標(biāo)準(zhǔn)值的采取降阻措施。

對(duì)電纜敷設(shè)環(huán)境進(jìn)行定期檢查，排除各種潛在的不安全因素。例如針對(duì)電纜溝內(nèi)角鐵支架采取安全防護(hù)措施，可在電纜外護(hù)層外加包一層塑料護(hù)層，防止角鐵構(gòu)架對(duì)電纜外護(hù)層產(chǎn)生損傷。

電纜線路及其附屬設(shè)備的接地均以工作接地為主，其接地電阻的大小能直觀地反映電纜接地系統(tǒng)的正常與否，可通過接地電阻測(cè)試來判斷、排除電纜線路接地系統(tǒng)缺陷。

電纜線路的運(yùn)行要嚴(yán)格遵照電力電纜規(guī)程規(guī)定，變電站范圍外的電纜接地裝置應(yīng)按規(guī)程進(jìn)行定期開挖并檢查其接地網(wǎng)的腐蝕情況。

4 結(jié)語

通過分析得出10 kV電力電纜金屬護(hù)層兩點(diǎn)近距離接地形成環(huán)流導(dǎo)致電纜局部溫升是本次電纜故障形成的原因，提出改進(jìn)和預(yù)防措施，為小電流接地系統(tǒng)中避免電纜發(fā)生類似故障提供了依據(jù)。通過對(duì)臨沂配電網(wǎng)采取整改防范措施，取得了良好的運(yùn)行效果，保證了配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］DL/T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.

［2］歐景茹，祁樹文，楊世春，等.高壓?jiǎn)涡倦娎|線路金屬護(hù)套接地方式［J］.吉林電力，2005（2）：19-21.

［3］熊信銀，張步涵.電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

［4］畢成立，劉瑞平.電力電纜接地存在的問題與應(yīng)注意事項(xiàng)［J］，供用電，2004，21（3）：44-46.

［5］卓金玉.電力電纜設(shè)計(jì)原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

Cause Analysis and Corrective Measures of a 10 kV Power Cable Fault

QI Fujun，ZHAO Fuqiang，JI Xiangzhen，ZHANG Yunfei
（State Grid Linyi Power Supply Company，Linyi 276003，China）

Taking a 10kV power cable fault as an example，the formation principle and causes of the fault are analyzed in detail.The study is carried out on the principle that the cable metal sheath layer gradually develops from single point grounding to two points grounding.The research is also undertaken on the formation process of interphase short circuit of two power cable lines.Corrective measures are proposed.

small current grounding system；two points grounding；cable fault；interphase short circuit

TM247

B

1007－9904（2015）02－0054－03

2014-08-09

亓富軍（1970），男，高級(jí)工程師、高級(jí)技師，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)通信調(diào)度等。