35kV高压单芯电缆故障分析及注意事项

2007年, 因电缆敷设、安装、设计等原因, 某化工厂35kV单芯电缆多次发生电缆头或中间部位爆燃事故, 检修人员加强运行电缆巡视, 采用红外线成像手段, 发现大部分电缆电缆头存在发热点, 虽然检测温度不高, 但发热点集中且长期存在。

一、故障原因分析如下

1.当多根单芯电缆平行敷设时, 电缆间产生感应电压。假设电缆间轴向距离为l mm, 每根电缆的平均半径为r mm, 流经电缆的电流为I A, 则在流经50Hz的交流时, 每公里电缆的感应电压Ug=0.145 I㏒ (l/r) , 如电缆线路较长, 则感应电压可能达到危及人身安全的程度。当电缆绝缘损坏时, 在电缆的外皮、金属护套等都可能形成电流, 并进一步引起电缆多处绝缘损坏。

2.在35kV高压单芯电缆缆芯中通过50Hz的交流时即产生交变磁场, 该磁场会在电缆屏蔽层/金属护套上形成涡流, 感应出一个电压, 其电压大小与磁场强度及磁力线的变化率的大小成正比。如果铜屏蔽/金属护套出现多点接地, 两接地点间则会形成一闭合回路, 并产生感应电流, 其大小与负荷电流成正比, 数值可达数十安培, 形成屏蔽层铜带/金属护套在通过较大电流时集中一点发热。电缆主绝缘层材质可耐受高压, 却不能耐受高温, 发热将造成绝缘逐渐老化损伤, 尤其在屏蔽层与接地线连接处或外护套绝缘破损处容易烧毁主绝缘, 继而发展为线芯接地 (即单相接地) 。

3.对电缆线路短、传输功率小的单芯电缆允许电缆两端接地, 但环形电流作用在电缆头终端尾管的接地连接部位所产生的长期发热情况不可避免, 对电缆头部位主绝缘造成潜在危害。

4.当线路发生不对称短路或遭受操作过电压、雷击过电压时, 金属护套还会形成更高的电压, 导致护层绝缘损坏。

5.电缆中间部位爆燃多因电缆敷设施工造成绝缘损坏引起。

二、电缆单相接地产生的危害

1.本厂35KV出线普遍较长, 对地电容较大时, 单相接地电流不容忽视。当单相接地电流超过允许值, 接地电弧不易熄灭, 易产生较高弧光间歇接地过电压, 危及35KV系统绝缘薄弱环节, 对电缆等造成设备热损坏。电缆线路电容电流的估算计算公式:

Ic=0.1×Up×L其中:Up—电网线电压L—电缆长度

正常情况下, 35 kV中性点不接地系统发生单相接地, 允许运行2 h。由于电容电流较大, 接地电弧变得不能自熄而产生了较高倍数的弧光接地过电压, 最大可达3.5倍。在单相接地事故中, 通过弧光的电流乃是未接地相对地电容电流的总和。为了减小故障总电流, 往往采用消弧线圈, 并控制接地点残流不超过10 A。但若是根据理论计算值来调整消弧线圈分头, 误差大, 当发生单相接地时, 故障点残流仍大于10 A, 接地电弧不能自熄, 仍产生较高的弧光接地过电压。

2.当发生单相接地时故障相电压下降, 其余两相对地电压升高为线电压对电气设备绝缘造成危害。35KV系统接地电弧在起弧和息弧时会造成系统电压的较大波动会影响在用的电气设备, 更严重的是如果电弧不能得到有效抑制其所产生的高热将进一步破坏绝缘, 甚至会破坏其他两相或其他回路电缆的绝缘, 当相间绝缘破坏后就会发生严重的短路事故。

三、防范措施

1.首先电缆在敷设过程中应注意不能使外护层破损, 同时避免施工中电缆窝、折形成绝缘破损, 造成屏蔽层/金属护层接地, 电缆敷设完成后要检测屏蔽层/金属护层对地绝缘。

2.电缆头制作应严格按工艺技术要求进行, 在选择品牌电缆头附件、严格控制现场工艺的基础上, 按规范恢复受损电缆头。

3.电缆头制作完毕进行安装时应使受电端屏蔽层/金属护层可靠接地, 而另一端悬空 (或装设过电压保护器) 。有中间接头的电缆也要保证各段电缆的屏蔽层/金属护层仅有单点保护接地。

4.当电缆穿过零序电流互感器时, 电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地;由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。

5.定期检测屏蔽层/金属护层接地点的对地电流, 为了防止发生危险, 长距离敷设35KV单芯电缆, 需将电缆外皮和金属护套在适当地点接地, 以限制感应电压值在下列范围以内:对于一般铠装电缆限制到12V, 对橡套电缆限制到40V。

6.对35KV电缆进行直流耐压试验可能对电缆局部造成损伤。直流耐压试验对发现纸绝缘电缆缺陷十分有效, 但对交联聚乙烯绝缘电缆则未必有效, 而且还可能产生负作用, 2006年电力设备交接试验标准规定, 35KV电缆应采取交流耐压试验。

7.针对35KV系统单相接地, 需采取以下措施及时发现故障点并有效抑制接地弧光:

(1) 大力推广微机接地保护技术。35 kV系统属小电流接地, 由于接地保护一直未能很好解决, 需要人工查找接地线路, 时间长引发了一些相间短路, 使事故扩大化。目前, 随着技术的不断发展, 国内外已实现了小电流接地系统继电保护的选择性, 即当发生单相永久接地故障后, 在整定的时间内可以自动跳开故障线路, 极大的减少了35 kV系统单相接地持续时间, 从而大大降低了单相接地事故扩大化的概率。 (2) 要有能够抑制接地电弧的消弧线圈 (用于架空线路) 或消弧装置 (用于电缆线路) , 同一供电系统中不得有两套消弧装置同时运行。。消弧装置中的熔断器、真空接触器应根据系统的对地电容电流合理配置。消弧线圈的分头调整, 不能仅仅依据理论计算值, 应根据实测电容电流值来调整。否则, 由于计算误差大, 造成消弧线圈发挥不了应有的作用。更为严重的是, 有可能造成消弧线圈欠补偿, 形成谐振过电压, 从而产生负作用。容性电流测试工作应定期开展。老式手动消弧线圈除需停电调分头, 不能自动跟踪补偿电网电容电流等缺点外, 脱谐度也很难保证在10%以内, 其运行效果不能令人满意。据国内外资料统计分析表明, 采用老式手动消弧线圈补偿的电网, 单相接地发展成相间短路的事故率在20%~40%之间, 比采用自动跟踪补偿的电网高出3倍以上。因此, 新上消弧线圈应装设自动跟踪补偿的消弧线圈。 (3) 当无法通过硬件设备判别故障回路时应及时采用拉路法进行排查, 不得使系统长时间接地运行。

摘要：35kV单芯电缆敷设损伤及接地方式施工不当, 引发电缆故障, 本文对故障原因进行深入分析, 并结合初期故障 (单相接地) , 提出解决办法。

关键词：单芯电缆,绝缘破损,接地方式