110kV電力電纜交叉互聯(lián)缺陷引起電纜頭燒毀分析

姚文吉 楊幫華 何金海 謝彬 陳海鵬

（黃石供電公司）

110kV電力電纜交叉互聯(lián)缺陷引起電纜頭燒毀分析

姚文吉 楊幫華 何金海 謝彬 陳海鵬

（黃石供電公司）

電力電纜屏蔽層的接地良好狀況影響電力電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)維人員定期對電纜屏蔽層電流進(jìn)行巡檢，能有效監(jiān)測電纜的狀況。某110kV電纜運(yùn)行時出現(xiàn)故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電纜交叉互聯(lián)未正確安裝，且電纜安裝初期外護(hù)套由于施工破損，造成電纜對接頭處長期發(fā)熱絕緣遭到破壞。

110kV電力電纜；故障；屏蔽層；交叉互聯(lián)

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng)電纜化是發(fā)展的必然趨勢。與架空線路相比，電力電纜線路具有不占用地上空間、供電可靠性高、電擊可能性低、分布電容大、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，在城市電網(wǎng)的建設(shè)和改造中得到廣泛的應(yīng)用[1]。交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜具有良好的性能，已在電網(wǎng)中逐步取代了油浸紙絕緣電纜，并已在高壓和超高壓電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用[2]。

電纜在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行過程中不可避免地會產(chǎn)生缺陷，電纜故障不可避免[3-4]。10～35kV等級電纜故障，目前已有較為成熟的檢測與查找方法。距離較長的110kV三相單芯電纜發(fā)生故障時，由于采用金屬護(hù)層交叉互聯(lián)接地[5]，其故障查找較為困難[6-7]。

1 電纜運(yùn)行情況

某110kV變電站110kV三相出線電纜羅永線，全長1220m，芯線為單芯銅導(dǎo)體，電纜型號為YJLW03-64/110-800，金屬外護(hù)套為波紋鋁。該電纜敷設(shè)方式為室外電纜溝水平敷設(shè)，電纜分為三段，中間兩組對接頭，分別引出屏蔽層。電纜安裝方式為兩組中間接頭和兩組終端頭，兩組中間接頭的波紋鋁護(hù)套用同軸電纜經(jīng)交叉互聯(lián)箱進(jìn)行換位，兩處終端頭波紋鋁護(hù)套經(jīng)直接接地箱接地。查閱設(shè)計圖和電氣安裝圖，電纜屏蔽層沿著電纜出線布置的四個接地箱實(shí)行保護(hù)接地。接地箱布置如圖1所示。

電纜故障發(fā)生前，運(yùn)維人員在例行巡檢中用鉗形電流表監(jiān)測電纜外護(hù)套環(huán)流，發(fā)現(xiàn)C相屏蔽層接地電流最高時達(dá)到70A。該電纜屏蔽層電流歷史測量值如表1所示。

圖1 電纜屏蔽層接地箱布置圖

表1 某110kV電力電纜屏蔽層的歷史電流值

從表1看出，該出線電纜的金屬屏蔽層三相電流偏大，且電流不平衡，C相的數(shù)值明顯大于A、B兩相。

2 事故經(jīng)過

2.1 電纜發(fā)生單相接地短路故障

2016年11月11日22：39，某變電站110kV羅永線出線電纜發(fā)生C相瞬時性接地短路，線路保護(hù)（型號為許繼WHH-811BG1保護(hù)）接地距離Ⅰ段、零序Ⅰ段C相動作，跳開羅01斷路器。經(jīng)1266ms延時，線路重合閘動作，羅01斷路器重合成功后，隨后再次發(fā)生單相接地，距離保護(hù)加速動作跳開羅01斷路器。繼電保護(hù)人員分析，該110kV羅永線的保護(hù)正確動作。繼電保護(hù)計算出的故障距離為866m，故障電流IC=55.896A（CT變比：600/5），繼電保護(hù)動作報告如圖2所示。

圖2 繼電保護(hù)動作報告

2.2 故障檢測

試驗(yàn)人員現(xiàn)場用絕緣電阻表測量該出線電纜的主絕緣，測量結(jié)果如表2所示。

表2 電纜主絕緣的絕緣電阻

從表2可以看出，A相和B相的絕緣電阻均超過10000MΩ，而C相絕緣電阻為零，說明A相和B相的絕緣良好，C相絕緣某個部位已擊穿，在較低的電壓下即發(fā)生了接地。

運(yùn)用脈沖電流法，查找C相電纜故障的準(zhǔn)確位置。使用電纜故障定位測試儀進(jìn)行測量，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 脈沖電流法故障定位測試

定位測試儀顯示C相電纜的故障點(diǎn)為距離站內(nèi)電纜出線端約為867m的地方。根據(jù)電纜線路走向圖和電纜安裝施工圖，初步判斷故障點(diǎn)為電纜2#對接頭處。打開2#電纜對接頭上方的電纜井蓋，發(fā)現(xiàn)該處的電纜對接頭被污水淹沒。

根據(jù)超聲波法原理，使用超聲波信號發(fā)射測試儀進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)的實(shí)際位置。測試人員在變電站站內(nèi)的電纜頭處，使用試驗(yàn)加壓儀器，試加8kV電壓，現(xiàn)場試驗(yàn)配合人員在2#電纜對接頭附近監(jiān)聽到明顯的放電聲，并看到2#電纜對接頭處的水面上冒出微小氣泡。

上述測試結(jié)果表明，C相電纜絕緣擊穿發(fā)生在2#電纜對接頭處。

2.3 電纜接頭解體檢查

鋸開C相故障電纜2#對接頭，傾斜后，有污水從主芯流出，表明該電纜對接頭已破損。

2.4 屏蔽層接地箱檢查

為查找電纜頭擊穿的原因，工作人員對電纜屏蔽層進(jìn)行檢查。該電纜金屬屏蔽層采用具備防水性能的波紋鋁護(hù)套。

打開電纜沿線的四個接地箱，如圖4～7所示。

圖4 站內(nèi)電纜直接接地1#接地箱

圖5 站外電纜交叉互聯(lián)接地2#接地箱

圖6 站外電纜交叉互聯(lián)接地3#接地箱

圖7 站外鐵塔上電纜直接接地4#接地箱

檢查發(fā)現(xiàn)，2#、3#互聯(lián)箱接地錯誤，與電纜設(shè)計圖不一致，如圖8所示。

圖8 電纜屏蔽層交叉互聯(lián)的實(shí)際接線方式

2.5 電纜屏蔽層保護(hù)接地

根據(jù)電力工程電纜設(shè)計規(guī)范（GB 50217—2007），較長距離電力電纜的屏蔽層接地應(yīng)按照圖1所示的方式安裝。其原理是：

1）電纜護(hù)套通過交叉互聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)了完全換位，感應(yīng)電流達(dá)到最小值；

2）安裝過電壓保護(hù)器有效地限制雷電及操作過電壓。

當(dāng)單芯電纜的導(dǎo)線通過交流電流時，其周圍產(chǎn)生的一部分磁力線將與屏蔽層鉸鏈，使屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和電流的大小成正比，電纜較長時，屏蔽層上的感應(yīng)電壓可以達(dá)到危及人身安全的程度，尤其是在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。如果金屬屏蔽兩端同時接地而不使用交叉互聯(lián)方式，致使屏蔽線路形成閉合通路，金屬屏蔽中將產(chǎn)生環(huán)流損耗使電纜發(fā)熱，不僅影響電纜的載流量，還會縮短電纜的使用壽命。因此，電纜金屬屏蔽層或護(hù)套應(yīng)采取合理保護(hù)措施降低感應(yīng)電壓，來保護(hù)人身和設(shè)備安全。

由于三段電纜的長度不是絕對相等，且每段接至互聯(lián)箱的同軸電纜長度不是絕對相等，電纜護(hù)套內(nèi)還會存在感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，但均在安全范圍之內(nèi)，不會對設(shè)備和人員造成傷害。

2.6 原因分析

在本例中，現(xiàn)場實(shí)際電纜接線圖為圖6所示的情形。接地箱里安裝了過電壓保護(hù)器，能有效地限制線路過電壓。電纜兩端接地箱直接接地，電纜屏蔽層距離過長，沒有交叉互聯(lián)，金屬護(hù)層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達(dá)電纜線芯電流的50%～95%。強(qiáng)大的電流使金屬護(hù)層嚴(yán)重發(fā)熱，加速電纜對接頭處的絕緣老化，導(dǎo)致2#電纜對接頭處主絕緣破損，造成發(fā)生主絕緣擊穿而使電纜線路跳閘。

2.7 故障處理

聯(lián)系電纜廠家，更換3#電纜對接頭，同時將2#、 3#保護(hù)接地箱更改為交叉互聯(lián)接地保護(hù)箱。檢修完成后送電，電纜屏蔽層電流如表3所示。

表3 檢修后電纜屏蔽層的電流

由表3可看出，屏蔽層電流已經(jīng)下降至很小的數(shù)值，證明了電纜對接頭更換后，交叉互聯(lián)接地效果良好。

3 結(jié)束語

本文介紹了一起110kV電力電纜發(fā)生短路故障后，運(yùn)用脈沖電流法和超聲波法對故障點(diǎn)進(jìn)行定位，并現(xiàn)場檢查電纜的屏蔽層接地情況，找到了導(dǎo)致電纜主絕緣損壞并擊穿的原因。

1）高壓單芯電纜金屬屏蔽護(hù)套破損或交叉互聯(lián)換位失誤，會引起電纜金屬屏蔽層對地感應(yīng)電壓升高，環(huán)流增大，嚴(yán)重威脅人身及設(shè)備安全。

2）為解決以上問題，應(yīng)在設(shè)計、安裝、施工、維護(hù)、檢修階段建立長期監(jiān)測機(jī)制，定期巡檢和檢測互聯(lián)箱中通過的電流和保護(hù)接地箱的對地電壓，以便及時發(fā)現(xiàn)接線錯誤或電纜缺陷，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，提高電纜線路供電的可靠性。

[1]朱啟林.電力電纜故障測試方法與案例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]Dissado L A.Understanding electrical trees in solid：from experiment to theory[J]..IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2002,9(4) ： 483-490.

[3]潘祖連.交聯(lián)電纜端部故障定位的影響因素及對策[J].高電壓技術(shù),2001(6) ：72-73.

[4]皇甫學(xué)政.110kV XLPE 電纜故障定位[J].高電壓技術(shù),2001(104) ：44-47．

[5]GB 50217—2007.電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民出版社,2007.

[6]李華春.110kV及以上高壓交聯(lián)電纜系統(tǒng)故障分析[J].電力設(shè)備,2004(8) ：9-13．

[7]黃永祥.110kV交聯(lián)聚乙烯電纜的故障及分析[J].高電壓技術(shù),2004(8) ：94-96．

2017-06-07）