35kV高壓單芯電纜故障分析及注意事項

朱朝陽(新疆中泰(集團)有限責任公司 新疆烏魯木齊 830000)

2007年，因電纜敷設、安裝、設計等原因，某化工廠35kV單芯電纜多次發生電纜頭或中間部位爆燃事故，檢修人員加強運行電纜巡視，采用紅外線成像手段，發現大部分電纜電纜頭存在發熱點，雖然檢測溫度不高，但發熱點集中且長期存在。

一、故障原因分析如下

1.當多根單芯電纜平行敷設時，電纜間產生感應電壓。假設電纜間軸向距離為l mm,每根電纜的平均半徑為r mm，流經電纜的電流為I A，則在流經50Hz的交流時，每公里電纜的感應電壓Ug=0.145 Ilog(l/r),如電纜線路較長，則感應電壓可能達到危及人身安全的程度。當電纜絕緣損壞時，在電纜的外皮、金屬護套等都可能形成電流，并進一步引起電纜多處絕緣損壞。

2.在35kV高壓單芯電纜纜芯中通過50Hz的交流時即產生交變磁場，該磁場會在電纜屏蔽層/金屬護套上形成渦流，感應出一個電壓，其電壓大小與磁場強度及磁力線的變化率的大小成正比。如果銅屏蔽/金屬護套出現多點接地，兩接地點間則會形成一閉合回路，并產生感應電流，其大小與負荷電流成正比，數值可達數十安培，形成屏蔽層銅帶/金屬護套在通過較大電流時集中一點發熱。電纜主絕緣層材質可耐受高壓，卻不能耐受高溫，發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套絕緣破損處容易燒毀主絕緣，繼而發展為線芯接地(即單相接地)。

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

4.當線路發生不對稱短路或遭受操作過電壓、雷擊過電壓時，金屬護套還會形成更高的電壓，導致護層絕緣損壞。

5.電纜中間部位爆燃多因電纜敷設施工造成絕緣損壞引起。

二、電纜單相接地產生的危害

1.本廠35KV出線普遍較長，對地電容較大時，單相接地電流不容忽視。當單相接地電流超過允許值，接地電弧不易熄滅，易產生較高弧光間歇接地過電壓，危及35KV系統絕緣薄弱環節，對電纜等造成設備熱損壞。電纜線路電容電流的估算計算公式：

正常情況下，35 kV中性點不接地系統發生單相接地，允許運行2 h。由于電容電流較大，接地電弧變得不能自熄而產生了較高倍數的弧光接地過電壓，最大可達3.5倍。 在單相接地事故中，通過弧光的電流乃是未接地相對地電容電流的總和。為了減小故障總電流，往往采用消弧線圈，并控制接地點殘流不超過10 A。但若是根據理論計算值來調整消弧線圈分頭，誤差大，當發生單相接地時，故障點殘流仍大于10 A，接地電弧不能自熄，仍產生較高的弧光接地過電壓。

2.當發生單相接地時故障相電壓下降，其余兩相對地電壓升高為線電壓對電氣設備絕緣造成危害。35KV系統接地電弧在起弧和息弧時會造成系統電壓的較大波動會影響在用的電氣設備，更嚴重的是如果電弧不能得到有效抑制其所產生的高熱將進一步破壞絕緣，甚至會破壞其他兩相或其他回路電纜的絕緣，當相間絕緣破壞后就會發生嚴重的短路事故。

三、防范措施

1.首先電纜在敷設過程中應注意不能使外護層破損，同時避免施工中電纜窩、折形成絕緣破損，造成屏蔽層/金屬護層接地，電纜敷設完成后要檢測屏蔽層/金屬護層對地絕緣。

2.電纜頭制作應嚴格按工藝技術要求進行，在選擇品牌電纜頭附件、嚴格控制現場工藝的基礎上，按規范恢復受損電纜頭。

3.電纜頭制作完畢進行安裝時應使受電端屏蔽層/金屬護層可靠接地，而另一端懸空(或裝設過電壓保護器)。有中間接頭的電纜也要保證各段電纜的屏蔽層/金屬護層僅有單點保護接地。

4.當電纜穿過零序電流互感器時，電纜頭的接地線應通過零序電流互感器后接地；由電纜頭至穿過零序電流互感器的一段電纜金屬護層和接地線應對地絕緣。

5.定期檢測屏蔽層/金屬護層接地點的對地電流，為了防止發生危險，長距離敷設35KV單芯電纜，需將電纜外皮和金屬護套在適當地點接地，以限制感應電壓值在下列范圍以內：對于一般鎧裝電纜限制到12V，對橡套電纜限制到40V。

6.對35KV電纜進行直流耐壓試驗可能對電纜局部造成損傷。直流耐壓試驗對發現紙絕緣電纜缺陷十分有效，但對交聯聚乙烯絕緣電纜則未必有效，而且還可能產生負作用，2006年電力設備交接試驗標準規定，35KV電纜應采取交流耐壓試驗。

7.針對35KV系統單相接地，需采取以下措施及時發現故障點并有效抑制接地弧光：

(1)大力推廣微機接地保護技術 。35 kV系統屬小電流接地，由于接地保護一直未能很好解決，需要人工查找接地線路，時間長引發了一些相間短路，使事故擴大化。目前，隨著技術的不斷發展，國內外已實現了小電流接地系統繼電保護的選擇性，即當發生單相永久接地故障后，在整定的時間內可以自動跳開故障線路，極大的減少了35 kV系統單相接地持續時間，從而大大降低了單相接地事故擴大化的概率。(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)，同一供電系統中不得有兩套消弧裝置同時運行。。消弧裝置中的熔斷器、真空接觸器應根據系統的對地電容電流合理配置。消弧線圈的分頭調整，不能僅僅依據理論計算值，應根據實測電容電流值來調整。否則，由于計算誤差大，造成消弧線圈發揮不了應有的作用。更為嚴重的是，有可能造成消弧線圈欠補償，形成諧振過電壓，從而產生負作用。容性電流測試工作應定期開展。老式手動消弧線圈除需停電調分頭，不能自動跟蹤補償電網電容電流等缺點外，脫諧度也很難保證在10%以內，其運行效果不能令人滿意。據國內外資料統計分析表明，采用老式手動消弧線圈補償的電網，單相接地發展成相間短路的事故率在20%～40%之間，比采用自動跟蹤補償的電網高出3倍以上。因此，新上消弧線圈應裝設自動跟蹤補償的消弧線圈。(3)當無法通過硬件設備判別故障回路時應及時采用拉路法進行排查，不得使系統長時間接地運行。