王 媛/四川宏業(yè)電力集團(tuán)有限公司

10KV單相電力電纜屏蔽層的感應(yīng)電壓和環(huán)流

王 媛/四川宏業(yè)電力集團(tuán)有限公司

10kV單芯電纜兩端接地感應(yīng)電壓與環(huán)流導(dǎo)致電纜故障問題，是配電電纜工作者多年困惑的問題。分析10kV電纜故障，直接原因是金屬屏蔽層接地方式選擇不當(dāng)，根本原因是設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有具體對(duì)這些問題做出明確的指引和規(guī)定。

單芯電纜；環(huán)流；接地方式；感應(yīng)電壓

引言

分析了10kV單相電力電纜因金屬屏蔽層中環(huán)流引起的故障。給出了幾種常見敷設(shè)方式下單相電纜金屬屏蔽層感應(yīng)電壓的幅值計(jì)算公式,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值較為吻合。提出了電纜安全運(yùn)行的建議。

一、故障與事故

10kV乙線過流I段跳閘，經(jīng)檢測(cè)東湖站10kV乙線電纜有故障，A、B相對(duì)地絕緣電阻為零。找到故障點(diǎn)后，沒有發(fā)現(xiàn)被外力破壞的痕跡，排除中間接頭放電和外力破壞引起故障原因。該段電纜屬直埋敷設(shè)，甲線與乙線均采用單芯電纜，6條電纜水平排列，間距很小且沒有相間隔板。乙線A相燒損嚴(yán)重，線芯外露、B線燒損較嚴(yán)重，從挖開的電纜溝來看，電纜溝沙很黑很臭，上面還有兩條排污管，現(xiàn)場(chǎng)還看到排污管還有滴漏現(xiàn)象，且電纜溝沒有采取防滲措施，使電纜長(zhǎng)期受到污水侵蝕。乙變電所變壓器出口電纜出現(xiàn)異常,兩根電纜帶電運(yùn)行不足兩天即出現(xiàn)主變端屏蔽層接地軟銅辮接地處過熱冒煙。當(dāng)時(shí)金屬屏蔽層兩端接地,每根負(fù)荷～200A,改為單端接地后再投入運(yùn)行,發(fā)熱現(xiàn)象消失。

二、故障原因分析

事故中電纜金屬屏蔽層雖已改為單端接地,但仍將其判斷為金屬屏蔽層中的環(huán)流所致:①事故發(fā)生處有尖銳的焊渣使電纜外護(hù)套絕緣受損,造成屏蔽層多點(diǎn)接地,并為紅外測(cè)溫異常所證實(shí),環(huán)流經(jīng)接觸電阻造成高溫;②18根電纜(其中5根為新?lián)Q)按預(yù)試規(guī)程進(jìn)行金屬屏蔽層10kV直流耐壓試驗(yàn),兩根沒通過。

（一）乙線其中一相電纜應(yīng)該存在一個(gè)“隱患點(diǎn)”

該點(diǎn)可能是制作過程中存在的一個(gè)氣泡或一個(gè)小孔，也有可能是運(yùn)輸、施工等過程中造成的一點(diǎn)損傷（由于電纜毀壞嚴(yán)重，已無法判斷），導(dǎo)致電纜絕緣層受潮，電纜絕緣性能降低，長(zhǎng)期受污水滲入電纜里面導(dǎo)致電纜放電。隨著該點(diǎn)電纜放電時(shí)間增加，最后把最近的乙線另一相電纜也放電擊傷，導(dǎo)致相間短路接地，引起線路跳閘。

（二）該電纜金屬屏蔽層采用兩端接地方式的原因

屏蔽層上長(zhǎng)期存在較大的工頻感應(yīng)電壓，三相水平排列，使感應(yīng)電壓進(jìn)一步增大。出現(xiàn)較大環(huán)流，所產(chǎn)生的熱損耗加速電纜主絕緣電—熱老化。在電纜絕緣的薄弱點(diǎn)出現(xiàn)放電，最終導(dǎo)致相間短路。

（三）金屬屏蔽層雙端接地的環(huán)流在軟銅辮接地處因接觸電阻較大發(fā)熱。

用紅外熱像儀對(duì)甲、乙兩座變電所的電纜進(jìn)行紅外測(cè)溫,甲變電所電纜(雙端接地)有一根金屬屏蔽層接地辮處溫度高達(dá)110℃,金屬屏蔽層改為單端接地運(yùn)行后溫升消失;乙變電所電纜(燒壞的電纜已更換,金屬屏蔽層全部為單端接地)有3根溫度異常,高出其它電纜15K,將溫度異常的電纜與支架角鐵之間用一層絕緣墊隔開投運(yùn)后溫度正常。

三、改進(jìn)措施分析

乙線故障修復(fù)后，現(xiàn)在仍采用金屬屏蔽層兩端接地，金屬屏蔽層仍然有環(huán)流，對(duì)電纜絕緣來說，隱患仍然存在。為了降低電纜金屬屏蔽層感應(yīng)電壓，進(jìn)而降低環(huán)流對(duì)電纜絕緣的損害。應(yīng)采取以下措施：

（一）選用電纜時(shí)不光要考慮外護(hù)套的絕緣強(qiáng)度

還應(yīng)考慮外護(hù)套的機(jī)械強(qiáng)度,在費(fèi)用增加不多時(shí)可選用防水或其它外護(hù)套質(zhì)量更好的電纜。另外,將電纜穿入塑料管直埋于地下比用角鐵支撐更加有利于保護(hù)護(hù)套絕緣。

（二）金屬屏蔽層一端接地

金屬屏蔽層采用一端接地時(shí)，如也采用三相品字形排列，正常運(yùn)行時(shí)另一端工頻感應(yīng)電壓三相均為96.2V，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范中采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時(shí)小于300V的要求。一端接地沒有構(gòu)成回路，可以消除環(huán)流，有利于提高電纜的傳輸容量不會(huì)造成電纜附加的熱損耗，有利于絕緣。

（三）交接驗(yàn)收時(shí)金屬屏蔽層要進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)

GB20217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》沒有明確規(guī)定這一點(diǎn),而GB50217－2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》則有明確的要求。由于電纜在施放過程中護(hù)套絕緣很容易受傷,如不進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn),單相電纜很可能會(huì)留下金屬屏蔽層多點(diǎn)直接接地的事故隱患。電纜金屬屏蔽層接地方式中300V與50V的規(guī)定，用于配電電纜與輸電電纜時(shí)按規(guī)程規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)是一樣。但實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，用此標(biāo)準(zhǔn)套用配電網(wǎng)絡(luò)10kV單芯電纜兩端接地時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)感應(yīng)電壓較高、環(huán)流太大導(dǎo)致出現(xiàn)電纜故障。電力企業(yè)配電電纜與輸電電纜也是分開設(shè)計(jì)的。對(duì)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》建議：對(duì)配電電纜與輸電電纜金屬屏蔽層接地方式與工頻感應(yīng)電壓做出不同的規(guī)定；對(duì)環(huán)流數(shù)值做出規(guī)定。

（四）電纜采用品字形排列

前面計(jì)算可知，水平排列正常運(yùn)行時(shí)工頻感應(yīng)電壓最大值出現(xiàn)在邊相為140.58V；三相品字形排列正常運(yùn)行時(shí)工頻感應(yīng)電壓三相均為96.2V。采用品字形排列有利于降低正常運(yùn)行時(shí)工頻感應(yīng)電壓和環(huán)流。如果未采取能有效防止人員任意接觸金屬的安全措施，96.2V大于50V，不符合要?jiǎng)t不能采用一端接地方式。為防止短路時(shí)另一端出現(xiàn)的工頻過電壓，以及防止另一端的沖擊過電壓。當(dāng)電纜外護(hù)層不能承受這種過電壓的作用而損壞時(shí)，就會(huì)造成金屬護(hù)層的多點(diǎn)接地，因此另一端必須通過保護(hù)器接地。當(dāng)考慮減小接地短路的工頻感應(yīng)電壓值或減小對(duì)通信干擾等問題時(shí)，需同步敷設(shè)事故回流線。

（五）金屬屏蔽層中點(diǎn)接地

在施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)條件允許的情況下。較長(zhǎng)的單相電纜應(yīng)盡量采用正三角形排列,且電纜間距離要盡量小。同樣條件下,緊貼的一字排列與緊貼的三角排列相比,邊相感應(yīng)電壓增大70%以上。三相品字形排列，一端接地，正常運(yùn)行時(shí)另一端工頻感應(yīng)電壓三相均為96.2V，如果未采取安全措施，96.2V大于50V，不滿足要求，可采用中點(diǎn)接地。這種接地方式相當(dāng)于兩個(gè)一端接地方式串聯(lián)。接地點(diǎn)兩端金屬屏蔽層正常運(yùn)行時(shí)工頻感應(yīng)電壓最大為96.2V的一半。即48.1V，滿足50V的要求。

四、結(jié)語

10kV單芯電纜兩端接地感應(yīng)電壓與環(huán)流導(dǎo)致電纜故障問題，是配電電纜工作者多年困惑的問題。揭示導(dǎo)致這起事故的直接原因是金屬屏蔽層接地方式選擇不當(dāng)，不應(yīng)選用兩端接地，而應(yīng)根據(jù)需要選擇一端接地或中點(diǎn)接地。而根本原因是設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有具體對(duì)這些問題做出明確的指引和規(guī)定。a.伸長(zhǎng)接地體上沖擊電流的分布特性與所作用的沖擊電流的幅值有關(guān),沖擊電流幅值越大,電流分布相對(duì)越不均勻。隨著土的電阻率增大,沖擊電流分布趨于均勻。b.伸長(zhǎng)接地體上的電壓分布隨沖擊電流幅值的增加而下降,隨土中電阻率的下降而下降,隨著接地體長(zhǎng)度的增加而下降。

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［2］胡其秀．電力電纜線路手冊(cè)（設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)行維護(hù)）．京：中國水利水電出版社，2005．

［3］史傳卿．電力電纜安裝技術(shù)問答［M］．中國電力出版社，2002．

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