一起10 kV電力電纜故障成因分析與處理

亓富軍，趙福強，紀祥貞，張云飛

（國網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，紀祥貞，張云飛

（國網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，詳細分析故障的形成原理與成因，深入研究了電纜金屬護層從單點接地逐漸發展為兩點接地的機理、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；兩點接地；電纜故障；相間短路

0 引言

在小電流接地配電網中，最常見的故障是單相接地故障，隨著電纜線路的普及和應用，系統接地電容電流越來越大，發生單相接地時，會產生熄滅和重燃交替的間歇性不穩定電弧，并在健全相以及故障相中產生很高的過電壓［1］，將波及整個系統，擴大事故，給配電網的安全運行造成極大挑戰。以一起系統間歇性接地故障引起的電纜線路相間短路為例，對小電流接地系統中電纜接地故障問題進行分析探討。

1 電纜線路現場情況

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YJLV-1×500，其中九曲六線主線長1.5 km，九曲七線主線長2 km，由九曲供電所于2006年施工并投運。該兩條線路自九曲站向東出線，沿電纜溝敷設，其中前800 m與10 kV九曲五線、10 kV九曲八線同溝敷設，故障點出現在變電站向東700 m電纜溝內，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相發生接地，故障相相電壓值在0.7～2.3 kV間忽高忽低不規則變化，故障象征顯示系統發生間歇性接地短路。17∶13九曲站10 kV九曲七線11開關、10 kV九曲六線10開關過流一段跳閘。經變電運維人員現場檢查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，站內設備檢查均無異常。18∶28配電檢修人員現場檢查發現故障電纜敷設于同一電纜溝內，且故障擊穿點在電纜溝內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相絕緣同時擊穿，形成兩條線路相間接地短路而同時跳閘。其中10 kV九曲六線2號環網柜進線電纜頭在線路短路故障時同時擊穿，造成嚴重燒傷。21∶05九曲站10 kV九曲七線、10 kV九曲六線均轉為線路檢修，由配電檢修人員進行緊急搶修。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束，故障線路恢復正常送電。

2 電纜故障形成分析

2.1 電纜金屬外護層接地作用

電力電纜在交流電壓下運行，線芯中通過交流電流會產生交變磁場，將在金屬外護層和鎧裝層上產生感應電動勢。

對于單芯高壓電力電纜，感應電壓可能達到很大的數值，尤其在短路情況下，產生的感應電壓不僅會危及人身安全，更有可能擊穿金屬護套的外護層。絕緣層和金屬護層的電流主要有3種：1）電纜金屬護層與大地可靠接地，與大地形成回路，因此隨著感應電壓的產生，相應的產生感應電流；2）電纜金屬外護層和鎧裝層間的感應電動勢因電纜位置的差異而產生不同的感應電動勢數值，這樣，會在外護層和鎧裝層間產生渦流；3）電纜正常運行時，根據電纜的電容效應，電纜的線芯相當于電容的正極，而金屬外護層就相當于電容器的負極，交變的電場會在絕緣層中產生泄漏電流，即電容電流。

電纜敷設時要求電纜金屬護層存在單點或交叉互聯可靠接地。在電纜較短時，若兩端接地將會導致在單芯電纜外護層形成環流，因而應在電纜頭一端接地［2］，這樣外護層與大地就形成了電流通路，3種電流都得到有效的傳遞，其結構原理如圖2所示。

圖2 電纜金屬護層電流傳遞

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

當電纜對金屬護套或屏蔽發生短路時，短路電流可通過回路流入大地。電纜線芯絕緣損傷后發生相間短路發展至接地故障時，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電壓通過接地線與大地形成短路，防止電纜對接地支架存在電位差而放電閃絡［4］。

2.2 九曲站出線電纜故障成因

事故發生后，經調查九曲六線、九曲七線2013年單芯電纜排查治理中已一端接地。但在1號環網柜距離2號環網柜100 m處、九曲六線B相電纜被電纜溝角鐵支架磨損，造成電纜外護層被角鐵支架刺穿。電纜受傷處發熱，絕緣破壞程度逐漸發展，產生放電對九曲六線的B相電纜金屬護層與大地形成了新的接地點，這樣就導致了一根很短的電纜其金屬外護層同時有兩個可靠的接地點。由于單芯電纜金屬外護層感應電壓的存在以及兩個接地點的同時存在，從而導致了兩接地點間的壓差，進而導致了兩接地點間環流的產生，而電纜金屬外護層的電阻會導致電纜受傷處絕緣的溫升，這種非正常狀態的長時間運行勢必會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生，故障形成原理如圖3所示［5］。

圖3 電纜兩點接地渦流示意

九曲站10 kV九曲六線、九曲七線開關CT均為完全星形接線方式，且均裝設有三段式過流保護。因線路全為電纜線路，線路重合閘均已通過外壓板退出運行。根據故障時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，產生了間歇性弧光接地，產生的電弧對九曲七線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同時動作跳閘，其原理圖如圖4所示。

圖4 九曲站10 kV電纜線路兩點接地短路示意

3 防范措施

加強對電纜接地系統的監測與維護，嚴格按有關規范進行預防性試驗。例如針對單芯電纜頭接地進行排查，消除電纜頭兩端接地情況；對電纜頭接地電流進行檢測，對超出標準值的采取降阻措施。

對電纜敷設環境進行定期檢查，排除各種潛在的不安全因素。例如針對電纜溝內角鐵支架采取安全防護措施，可在電纜外護層外加包一層塑料護層，防止角鐵構架對電纜外護層產生損傷。

電纜線路及其附屬設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的正常與否，可通過接地電阻測試來判斷、排除電纜線路接地系統缺陷。

電纜線路的運行要嚴格遵照電力電纜規程規定，變電站范圍外的電纜接地裝置應按規程進行定期開挖并檢查其接地網的腐蝕情況。

4 結語

通過分析得出10 kV電力電纜金屬護層兩點近距離接地形成環流導致電纜局部溫升是本次電纜故障形成的原因，提出改進和預防措施，為小電流接地系統中避免電纜發生類似故障提供了依據。通過對臨沂配電網采取整改防范措施，取得了良好的運行效果，保證了配電網的安全穩定運行。

［1］DL/T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.

［2］歐景茹，祁樹文，楊世春，等.高壓單芯電纜線路金屬護套接地方式［J］.吉林電力，2005（2）：19-21.

［3］熊信銀，張步涵.電力系統工程基礎［M］.武漢：華中科技大學出版社，2002.

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

［5］卓金玉.電力電纜設計原理［M］.北京：機械工業出版社，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，高級工程師、高級技師，主要研究方向為電網通信調度等。