110kV電力電纜交叉互聯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定運行。運維人員定期對電纜屏蔽層電流進行巡檢，能有效監測電纜的狀況。某110kV電纜運行時出現故障，經檢查發現電纜交叉互聯未正確安裝，且電纜安裝初期外護套由于施工破損，造成電纜對接頭處長期發熱絕緣遭到破壞。

110kV電力電纜；故障；屏蔽層；交叉互聯

0 引言

隨著城市建設的不斷發展，城市電網電纜化是發展的必然趨勢。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、維護工作量小等優點，在城市電網的建設和改造中得到廣泛的應用[1]。交聯聚乙烯（XLPE）電力電纜具有良好的性能，已在電網中逐步取代了油浸紙絕緣電纜，并已在高壓和超高壓電網中得到廣泛應用[2]。

電纜在生產、運輸、安裝、運行過程中不可避免地會產生缺陷，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三相單芯電纜發生故障時，由于采用金屬護層交叉互聯接地[5]，其故障查找較為困難[6-7]。

1 電纜運行情況

某110kV變電站110kV三相出線電纜羅永線，全長1220m，芯線為單芯銅導體，電纜型號為YJLW03-64/110-800，金屬外護套為波紋鋁。該電纜敷設方式為室外電纜溝水平敷設，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套用同軸電纜經交叉互聯箱進行換位，兩處終端頭波紋鋁護套經直接接地箱接地。查閱設計圖和電氣安裝圖，電纜屏蔽層沿著電纜出線布置的四個接地箱實行保護接地。接地箱布置如圖1所示。

電纜故障發生前，運維人員在例行巡檢中用鉗形電流表監測電纜外護套環流，發現C相屏蔽層接地電流最高時達到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相的數值明顯大于A、B兩相。

2 事故經過

2.1 電纜發生單相接地短路故障

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

圖2 繼電保護動作報告

2.2 故障檢測

試驗人員現場用絕緣電阻表測量該出線電纜的主絕緣，測量結果如表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生了接地。

運用脈沖電流法，查找C相電纜故障的準確位置。使用電纜故障定位測試儀進行測量，測試結果如圖3所示。

圖3 脈沖電流法故障定位測試

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

根據超聲波法原理，使用超聲波信號發射測試儀進一步確認故障點的實際位置。測試人員在變電站站內的電纜頭處，使用試驗加壓儀器，試加8kV電壓，現場試驗配合人員在2#電纜對接頭附近監聽到明顯的放電聲，并看到2#電纜對接頭處的水面上冒出微小氣泡。

上述測試結果表明，C相電纜絕緣擊穿發生在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行檢查。該電纜金屬屏蔽層采用具備防水性能的波紋鋁護套。

打開電纜沿線的四個接地箱，如圖4～7所示。

圖4 站內電纜直接接地1#接地箱

圖5 站外電纜交叉互聯接地2#接地箱

圖6 站外電纜交叉互聯接地3#接地箱

圖7 站外鐵塔上電纜直接接地4#接地箱

檢查發現，2#、3#互聯箱接地錯誤，與電纜設計圖不一致，如圖8所示。

圖8 電纜屏蔽層交叉互聯的實際接線方式

2.5 電纜屏蔽層保護接地

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

1）電纜護套通過交叉互聯方式實現了完全換位，感應電流達到最小值；

2）安裝過電壓保護器有效地限制雷電及操作過電壓。

當單芯電纜的導線通過交流電流時，其周圍產生的一部分磁力線將與屏蔽層鉸鏈，使屏蔽層產生感應電壓。感應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，屏蔽層上的感應電壓可以達到危及人身安全的程度，尤其是在線路發生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。如果金屬屏蔽兩端同時接地而不使用交叉互聯方式，致使屏蔽線路形成閉合通路，金屬屏蔽中將產生環流損耗使電纜發熱，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套應采取合理保護措施降低感應電壓，來保護人身和設備安全。

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

2.6 原因分析

在本例中，現場實際電纜接線圖為圖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，金屬護層將會出現很大的環流，其值可達電纜線芯電流的50%～95%。強大的電流使金屬護層嚴重發熱，加速電纜對接頭處的絕緣老化，導致2#電纜對接頭處主絕緣破損，造成發生主絕緣擊穿而使電纜線路跳閘。

2.7 故障處理

聯系電纜廠家，更換3#電纜對接頭，同時將2#、 3#保護接地箱更改為交叉互聯接地保護箱。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，屏蔽層電流已經下降至很小的數值，證明了電纜對接頭更換后，交叉互聯接地效果良好。

3 結束語

本文介紹了一起110kV電力電纜發生短路故障后，運用脈沖電流法和超聲波法對故障點進行定位，并現場檢查電纜的屏蔽層接地情況，找到了導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套破損或交叉互聯換位失誤，會引起電纜金屬屏蔽層對地感應電壓升高，環流增大，嚴重威脅人身及設備安全。

2）為解決以上問題，應在設計、安裝、施工、維護、檢修階段建立長期監測機制，定期巡檢和檢測互聯箱中通過的電流和保護接地箱的對地電壓，以便及時發現接線錯誤或電纜缺陷，將事故消滅在萌芽狀態，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：機械工業出版社,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.交聯電纜端部故障定位的影響因素及對策[J].高電壓技術,2001(6) ：72-73.

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

[5]GB 50217—2007.電力工程電纜設計規范[S].北京：人民出版社,2007.

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

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

2017-06-07）