淺析電纜金屬性接地故障分析及處理

羅紅云，程俊才，李佳齊，王保琳

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 537226）

1 引言

大藤峽水利樞紐工程是國務(wù)院批準(zhǔn)的珠江流域防洪控制性樞紐工程，也是珠江—西江經(jīng)濟(jì)帶和“西江億噸黃金水道”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)志性工程。工程位于珠江水系西江流域黔江干流大藤峽出口處弩灘上，屬于紅水河梯級規(guī)劃中最末一個梯級，集防洪、航運、發(fā)電、水資源配置、灌溉等綜合效益于一體，對粵港澳大灣區(qū)國家戰(zhàn)略實施、珠江流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要支撐和保障作用，被譽為珠江上的“三峽工程”[1]。

大藤峽水力發(fā)電廠10 kV廠用電采用的是中性點不接地系統(tǒng)，如果發(fā)生單相金屬性接地故障，故障相電壓為0，非故障相相電壓升高為線電壓，但是此時系統(tǒng)還是對稱的，可以帶故障運行2 h，提高了供電的可靠性，但如果長時間運行將會造成事故擴(kuò)大。由于電廠的大部分電纜都為地下或混凝土穿管電纜，電纜金屬性接地后不易直觀找到接地點。在沒有電纜接地故障查找儀器的情況下查找更困難，因得不到及時的處理減小了設(shè)備供電的可靠性，增加了機組非停機的風(fēng)險。針對電力電纜金屬性接地的情況，根據(jù)等效電阻的原理能利用直流電阻測試儀快速查找到接地點的距離，提高系統(tǒng)的供電可靠性[2]。

2 故障簡介

2.1 10 kV系統(tǒng)運行方式

6號機組經(jīng)廠高變帶10 kVⅢ段運行，10kV Ⅲ段和Ⅴ段、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)運行，10 kV Ⅱ段帶1號機組廠用電。一次設(shè)備接線圖見圖1。

圖1 一次設(shè)備接線圖

2.2 故障概述

某日16時，10 kV保護(hù)裝置報警動作，運行人員查看10 kV母線電壓、各開關(guān)狀態(tài)及1號機組運行情況，發(fā)現(xiàn)1號機組運行正常，10 kV與400 V開關(guān)狀態(tài)正常無跳閘現(xiàn)象，10 kV Ⅲ段、Ⅴ段、Ⅱ段A、B相相電壓均升高至線電壓數(shù)值，C相相電壓為0。監(jiān)控報警信息如表1所示。

表1 監(jiān)控報警信息記錄

3 故障處理

3.1 接地線路的確定

通過拉支路法，依次斷開10 kV Ⅱ段上的各用電負(fù)荷，故障信號未復(fù)歸排除右岸施工造成接地可能；在斷開10 kV Ⅲ段船閘用電后故障信號復(fù)歸，確定接地點在10 kV Ⅲ段船閘用電開關(guān)至船閘用電這一段上。

檢查開關(guān)柜本體內(nèi)無發(fā)黑、無異味，看不到明顯接地點。解開兩側(cè)三相電纜頭進(jìn)行電纜絕緣測量，使用2 500 V檔位絕緣電阻測試儀試驗1 min，測得A、B相分別對地絕緣電阻均大于1 TΩ，絕緣正常。而C相電纜使用500 V檔位進(jìn)行測試，兆歐表無輸出電壓，顯示僅為1 V即短路狀態(tài)，判斷C相電纜接地短路[3]。

該故障電纜型號為WDZA-YJY3-8.7/15，由6號機組段下游副廠房經(jīng)電纜橋架、高壓電纜廊道、電纜埋管到船閘10 kV開關(guān)柜內(nèi),電纜全長636 m，為整段敷設(shè)無中間接頭。電纜橋架最高處有8 m，且電纜廊道電纜密集，環(huán)境復(fù)雜，非常不利于查找。透過開關(guān)柜底部縫隙觀察，電纜與孔洞周圍無放電發(fā)黑跡象。

3.2 電纜接地點查找及處理

使用直流電阻測試儀采用三阻值法快速測量電纜金屬性接地點距離電纜終端的長度，按照測量方法將電廠側(cè)的B、C相短接，在船閘側(cè)分別測量C對地的直流電阻為989.8 mΩ、B對地的直流電阻為1 160 mΩ、B對C的直流電阻為174.8 mΩ通過計算得出C相對地的直流電阻為2.3 mΩ，再通過故障點長度L=C相對地的直流電阻×電纜橫截面積/電纜電阻率，得出短路故障點距離船閘側(cè)電纜終端大約15.8 m。同理在電廠側(cè)測量C對地的直流電阻為1 073 mΩ、B對地的直流電阻為1 085 mΩ、B對C的直流電阻為171.6 mΩ通過計算得出C相對地的直流電阻為79.8 mΩ，再通過故障點長度L=A相對地的直流電阻×電纜橫截面積/電纜電阻率，得出短路故障點距離船閘側(cè)電纜終端547.2 m，通過測量電纜全長約為563 m；綜上已精準(zhǔn)判斷出10 kVⅢ段3G12柜至船閘15G柜C相故障接地點在距離船閘側(cè)電纜終端大約15.8 m（電纜經(jīng)電纜埋管電纜進(jìn)到船閘15G開關(guān)柜不能具體看到故障接地點）[4]。

用不同噸位的手拉葫蘆經(jīng)過多次嘗試都拉不出來電纜，所以判斷電纜因混凝土基礎(chǔ)變形位移壓破電纜絕緣層，從而引起電纜C相接地。將穿墻電纜前端截斷重新制作中間接頭和電纜頭后使用2 500 V檔位重新測量C相電纜絕緣電阻為500 MΩ滿足電纜絕緣要求。回裝電廠側(cè)和船閘側(cè)10 kV開關(guān)柜電纜后送電一次性成功。

4 電纜接地故障距離測量原理

計算電纜接地點距離的原理就是測量電纜終端對接地點的電阻R，再利用導(dǎo)體電阻計算公式反算出銅導(dǎo)體的長度。

式中：L—電纜長度，m；S—電纜截面積，mm2；ρ—電纜電阻率，Ω·mm2/m。

公式雖然簡單但是電纜端頭到接地點的電阻是不能直接測量出來的，所以必須通過間接的方法計算出電纜終端到接地點的電阻，并且電纜必須是金屬性接地，如果不是金屬性接地則此方法不適用。

如上述故障處理過程所述，只要測量出兩相電纜的三個電阻值就能計算出故障點到電纜終端的電阻值。因為電纜都為金屬性接地所測得的電阻都為毫歐級別，所以萬用表測得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確必須使用直流電阻測試儀。

具體測量步驟如下：將故障相A的電纜兩端終端拆解，再找一相與故障相截面積相同的非故障相B（B對地絕緣合格），將故障相A和非故障相B的一端用導(dǎo)線連接，使用直流電阻測試儀測量故障相A對地的電阻值RAN，測量非故障相B對地的電阻值RBN，測量故障相A和故障相B相間的電阻值RAB。則利用以下公式就可計算出故障相A電纜終端到接地點的電阻R。

根據(jù)不同導(dǎo)線不同材質(zhì)的電阻率，例如銅的電阻率為0.017 5 Ω·mm2/m。將計算出的電阻帶入公式（1）中，就可求出電纜終端到接地點的距離[5]。

5 等效電路及公式推導(dǎo)

如圖2所示，一段電纜A相中間g為故障接地點，其中一相B絕緣合格，并將A、B相一端的電纜終端連接。

圖2 電纜故障模型圖

電纜故障模型圖見圖2所示。

將各部導(dǎo)線用相應(yīng)電阻等效如圖2所示，再將電路圖簡化如圖3所示，其中B相到接地點的電阻R3=R+R2，B相的電阻R=R1+R2，RgN為故障點g到電源側(cè)地N的等效接地電阻。

圖3 電纜故障等電阻效圖

電纜故障等效電阻圖見圖3所示。

根據(jù)圖3等效電路圖，已知A，B，N 三個端子間的電阻值，即可列出以下等式:

6 結(jié)束語

10 kV配電線路單相短路接地故障是特別普遍的一種故障類型，對于電廠來說能快速找到故障點并隔離出故障線路才能保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。在沒有專用電力電纜故障點定位儀器的條件下通過直流電阻測試儀科學(xué)的運用三阻值法，能迅速精準(zhǔn)的找到電纜接地點，尤其對于那些不能直接檢查電纜的特殊情況特別適用。