10 kV單芯電力電纜燒損事故分析及防范措施

葛洪光，劉俊德

（國(guó)網(wǎng)遼陽(yáng)供電公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

10 kV單芯電力電纜燒損事故分析及防范措施

葛洪光，劉俊德

（國(guó)網(wǎng)遼陽(yáng)供電公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

在城市配電網(wǎng)絡(luò)中，交聯(lián)聚乙烯單芯電纜被廣泛應(yīng)用，用于重要電源側(cè)及為重要設(shè)備供電的電纜一旦發(fā)生事故，造成的影響和損失很大，需要的修復(fù)時(shí)間也很長(zhǎng)，因此保證電纜安全運(yùn)行尤為重要。通過(guò)對(duì)一起單芯電力電纜燒損事故進(jìn)行分析，從電纜的選型、敷設(shè)及電纜頭的制作等方面提出了防止單芯電纜燒損的措施。

單芯電纜；燒損；選型；敷設(shè)；制作

1 事故經(jīng)過(guò)

2014年1月20日下午16：00左右，某供電公司66 kV變電站1號(hào)變壓器二次10 kV電力電纜C相嚴(yán)重?zé)龘p，燒損位置在鎧甲和金屬屏蔽接地線引出處，燒損長(zhǎng)度約為10 cm，修復(fù)后空載運(yùn)行15 min，發(fā)現(xiàn)B相電纜在相同位置也發(fā)生燒損現(xiàn)象，如圖1所示。該變電站主要為礦山企業(yè)供電，電纜負(fù)荷電流在600 A左右，2根單芯電纜并列運(yùn)行，型號(hào)分別為YJV22－8.7／10kV 1×240、YJV22－8.7／10kV 1×300，2008年5月投入運(yùn)行。

圖1 B相電纜損壞情況

2 原因分析

a.電流熱效應(yīng)

電纜負(fù)荷電流達(dá)600 A左右，負(fù)荷電流通過(guò)電纜時(shí)使導(dǎo)體發(fā)熱，過(guò)高的溫度會(huì)加速電纜絕緣老化，使其絕緣強(qiáng)度降低［1］。

b.電纜選型不當(dāng)

電纜的金屬護(hù)層為鋼帶鎧裝結(jié)構(gòu)，當(dāng)電纜中通過(guò)交流電時(shí)，線芯與金屬護(hù)層可以看做變壓器初級(jí)與次級(jí)的關(guān)系，線芯產(chǎn)生的磁力線與金屬護(hù)層交聯(lián)，在金屬護(hù)層兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓，在電纜鋼帶中產(chǎn)生渦流，引起電纜發(fā)熱、絕緣老化，從而導(dǎo)致絕緣擊穿［2］；2根電纜并列運(yùn)行，其截面積不同，長(zhǎng)度相同，因而截面積大者電阻小，承擔(dān)的電流較大，且在2根電纜中形成環(huán)流，導(dǎo)致較粗電纜的絕緣老化現(xiàn)象更嚴(yán)重。

c.燒損部位場(chǎng)強(qiáng)過(guò)于集中

在制作電纜頭時(shí)，頭部彎曲半徑較小，由于集膚效應(yīng)導(dǎo)致燒損部位場(chǎng)強(qiáng)集中，同時(shí)試驗(yàn)研究也表明，在鎧甲和金屬屏蔽接地線引出處絕緣承受的電場(chǎng)強(qiáng)度為其余部位的10倍以上，所以兩相電纜均在相同位置燒損［3］。

d.燒損部位金屬導(dǎo)體接觸電阻過(guò)大

鎧甲與金屬屏蔽焊接接地線為故障電流提供通路，由于焊接工藝不良，接頭處電阻較大，發(fā)熱較嚴(yán)重，這也是引起電纜燒損的原因之一。

通過(guò)以上分析可知，該電纜燒損是多種因素綜合作用所致，其中長(zhǎng)期大負(fù)荷運(yùn)行、電纜選型不當(dāng)及電纜頭制作工藝不良為主要原因。

3 防范措施

3.1 合理確定載流量

單芯電纜的持續(xù)允許載流量是指在約定條件下單獨(dú)敷設(shè)運(yùn)行，線芯溫度不超過(guò)按電纜使用壽命確定的溫度值所允許通過(guò)的最大工作電流。約定條件是指在空氣中敷設(shè)，運(yùn)行環(huán)境溫度為40℃；直埋敷設(shè)，運(yùn)行土壤溫度為25℃、土壤熱阻系數(shù)為120℃·cm／W，但實(shí)際敷設(shè)條件和運(yùn)行溫度與約定條件會(huì)有差異［4］。在不同的敷設(shè)方式和運(yùn)行環(huán)境中，必須按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行校正。

a.環(huán)境溫度差異

確定電纜的持續(xù)允許載流量應(yīng)按照本地區(qū)氣象溫度多年最高溫度平均值，計(jì)入實(shí)際環(huán)境溫度，持續(xù)允許載流量環(huán)境溫度確定方式如表1所示［5－6］。

表1 持續(xù)允許載流量環(huán)境溫度確定

b.直埋時(shí)土壤熱阻系數(shù)的影響

在土壤中直埋時(shí)，周圍土壤吸收熱量和傳導(dǎo)熱量的能力決定著電纜的溫升率，即電纜溫升率由土壤的性質(zhì)特征和水分含量決定，因此引入表征環(huán)境熱阻的土壤熱阻系數(shù)［7］。電纜周圍環(huán)境熱阻系數(shù)越大，電纜的散熱效果越差，持續(xù)允許載流量越小，不同土壤特征對(duì)熱阻系數(shù)、載流量修正系數(shù)K1的影響如表2所示［5－6］。

表2 不同土壤特征對(duì)熱阻系數(shù)、載流量修正系數(shù)K1的影響

c.電纜周圍溫度變化的影響

除根據(jù)土壤熱阻系數(shù)選取載流量修正系數(shù)外，當(dāng)電纜周圍溫度發(fā)生變化時(shí)，電纜的持續(xù)允許載流量也隨之變化，周圍溫度越高，電纜持續(xù)允許載流量越小。不同土壤和空氣溫度下載流量修正系數(shù)K2如表3所示［5－6］。

表3 不同土壤和空氣溫度下載流量修正系數(shù)K2

d.多根電纜并列運(yùn)行的影響

電纜并列運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的熱量相對(duì)于單根運(yùn)行時(shí)更難擴(kuò)散，載流量較單根要小些，并列的根數(shù)越多則允許載流量越小，直埋時(shí)電纜并列運(yùn)行載流量修正系數(shù)K3如表4所示［5－6］。

表4 直埋時(shí)電纜并列運(yùn)行載流量修正系數(shù)K3

據(jù)以上分析，電纜的實(shí)際載流量I＝I0×K1×K2× K3（I0為約定條件下的單根允許載流量），在實(shí)際應(yīng)用中還有其它因素需要考慮。

3.2 電纜電壓等級(jí)的選擇

電纜電壓等級(jí)根據(jù)單相接地時(shí)系統(tǒng)中出現(xiàn)的最高電壓的有效值確定。第1類，電壓等級(jí)為6.0／10.0 kV、絕緣厚度為3.1 mm，用于單相接地時(shí)間每年累計(jì)不超過(guò)125 h的系統(tǒng)；第2類，電壓等級(jí)為8.7／10.0 kV、絕緣厚度為4.5 mm，用于單相接地時(shí)間更長(zhǎng)的系統(tǒng)及對(duì)電纜絕緣性能要求更高的場(chǎng)合。對(duì)于重要電源、發(fā)電機(jī)、出線等，在不確定的情況下建議采用第2類電壓等級(jí)，增加投資不超過(guò)5%，但會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)過(guò)電壓耐受程度有所提高。

3.3 單芯電纜的金屬護(hù)層（鎧甲與屏蔽）接地

a.金屬護(hù)層兩端同時(shí)接地運(yùn)行

如果單芯電纜的金屬護(hù)層兩端同時(shí)接地運(yùn)行，就會(huì)在金屬護(hù)層中形成環(huán)流，其值可達(dá)線芯電流的50%～95%，使線芯和金屬護(hù)層同時(shí)發(fā)熱升溫，不僅浪費(fèi)了大量電能，而且減小了電纜的載流量，同時(shí)加速電纜絕緣老化，縮短電纜壽命，因此單芯電纜不應(yīng)兩端同時(shí)接地運(yùn)行。

b.金屬護(hù)層一端直接接地運(yùn)行

如果僅將電纜的金屬護(hù)層一端直接接地，另一端對(duì)地絕緣，按照GB 50217—2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》：“在正常運(yùn)行時(shí)，單芯電纜線路的金屬護(hù)層只有1點(diǎn)接地時(shí)，金屬護(hù)層任1點(diǎn)的感應(yīng)電壓不應(yīng)超過(guò)50～100 V”。因此，在電纜不長(zhǎng)的情況下，可采用一端直接接地的方式。

c.金屬護(hù)層一端接護(hù)層過(guò)電壓保護(hù)器運(yùn)行

在正常情況下，護(hù)層過(guò)電壓保護(hù)器對(duì)地絕緣，相當(dāng)于1個(gè)斷開(kāi)點(diǎn)，使金屬護(hù)層中的電流不形成環(huán)流，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)電壓，使金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，保護(hù)器動(dòng)作接地釋放電流，保證電纜金屬護(hù)層不產(chǎn)生過(guò)電壓，外護(hù)套絕緣良好不擊穿，以達(dá)到安全運(yùn)行的要求。但在電纜較長(zhǎng)或發(fā)生短路故障時(shí)，導(dǎo)體中有較大電流，可能會(huì)在金屬護(hù)套上產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓［8］，危及護(hù)層絕緣，為保護(hù)電纜護(hù)層絕緣，應(yīng)采用在一端加裝護(hù)層過(guò)電壓保護(hù)器，另一端直接接地的方式。

d.金屬護(hù)層交叉互聯(lián)運(yùn)行

如果采取措施后，金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓仍大于100 V，應(yīng)采取金屬護(hù)層分段絕緣或絕緣后交叉互聯(lián)的接線方式。

3.4 單芯電纜在地溝內(nèi)的敷設(shè)要求

作為重要設(shè)備和供電電源的電纜最好單獨(dú)敷設(shè)，不同回路在地溝內(nèi)兩側(cè)支架的排列距離最好不小于1 m，為便于施工、檢修和故障處理，地溝高度不小于1.5 m；相鄰電纜在支架上的擺放距離應(yīng)大于10 cm，電纜分層擺放時(shí)層與層之間距離不小于40 cm，防止發(fā)生事故時(shí)電纜放電燃燒將相鄰電纜燒毀；室外地溝必須考慮雨季排水，排水坡度不小于5%，地溝內(nèi)積水不能長(zhǎng)時(shí)間浸泡電纜，水分會(huì)從護(hù)套的破損處進(jìn)入，侵蝕護(hù)套、腐蝕金屬護(hù)層，進(jìn)而浸入交聯(lián)絕緣，逐漸在絕緣內(nèi)形成水樹(shù)枝，在電壓作用下進(jìn)一步演變成電樹(shù)枝，最后擊穿絕緣。

3.5 改良電纜頭的制作工藝

在電纜的終端頭制作、鎧甲層與屏蔽層接地線的焊接過(guò)程中要嚴(yán)格控制工藝要求，盡量減小焊接頭電阻。另外，在電纜頭制作時(shí)，應(yīng)避免電纜頭彎曲半徑過(guò)小，形成集膚效應(yīng)，從而使電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高。

3.6 其它需要注意的事項(xiàng)

對(duì)于單芯電纜，為避免渦流效應(yīng)，盡量不使用磁性材料鎧裝層或未經(jīng)磁化處理的金屬材料鎧裝層，應(yīng)該考慮采用非磁性材料，如銅合金絲（帶）、不銹鋼絲（帶）及鋁合金絲（帶）等；單芯電纜不允許單獨(dú)穿過(guò)鐵磁性管材，因此種管材會(huì)因管內(nèi)線路不平衡而產(chǎn)生渦流效應(yīng)，使管材溫度升高，管內(nèi)電纜的絕緣迅速老化甚至脫落。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力電纜要求長(zhǎng)期運(yùn)行，因此對(duì)可靠性和使用壽命方面有較高要求。本文通過(guò)對(duì)一起單芯電力電纜燒損事故進(jìn)行分析，從電纜選型、敷設(shè)及電纜頭制作等方面提出了防止單芯電力電纜燒損的措施。此次事故經(jīng)驗(yàn)表明，在施工時(shí)，相關(guān)人員必須嚴(yán)格按照產(chǎn)品的實(shí)用性和使用規(guī)范進(jìn)行合理選型、正確設(shè)計(jì)和無(wú)缺陷施工，才能保證電纜可靠運(yùn)行。

［1］姜小兵.XLPE電纜線芯溫度計(jì)算方法研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（3）：l－3.

［2］石 峰.交聯(lián)聚乙烯電纜耐壓試驗(yàn)方法［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（1）：47－49.

［3］于立友，戚作秋，郝 崑.電纜火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（9）：50－52.

［4］凌偉平，徐蘊(yùn)鋒.電力電纜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（3）：4l－43.

［5］GB 50217—2007，電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］GB 50168—2006，電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［7］范 永.220 kV電纜受潮處理［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（11）：31－33.

［8］于景豐，趙 峰.電力電纜實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

Analysis and Preventive Measures on Burning Accident of 10 kV Single?core Cable

GE Hong?guang，LIU Jun?de

（State Grid Liaoyang Electric Power Supply Company，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

Single?core XLPE cables are the most widely used in urban power distribution networks.Ensuring safety operation of cable is very important because the damage and the losses are very great caused by accidents of power supply side and cable，as well as re?pair time is long.From power cable selection，installation and cable head production，this paper presents the measures to prevent burn?ing loss of single?core XLPE cables through analyzing a burning accident.

Single?core cable；Burning loss；Type selection；Laying；Production

TM247

A

1004－7913（2015）09－0047－03

葛洪光（1972—），男，學(xué)士，工程師，主要從事電氣試驗(yàn)和帶電檢測(cè)工作。

2015－06－22）