一起110kV电缆着火故障分析

1 情况简介

2008年7月16日, 220kV XX变电站发生了110kV一条出线电缆着火故障, 一次电缆层内浓烟弥漫, 有明火, 在要求调度拉开此线路后, 运行人员奋力扑救, 将着火电缆扑灭。经现场检查, 110kV出线电缆距电缆头3 m处, A、B、C三相外绝缘已经烧坏, 保护接地箱内电缆护层保护器A相炸裂, B相有裂纹。该出线电缆型号为YJLW03-1*630, 2008年7月5日投运。故障前该电缆正常运行电流1 0 0 A, 功率2 0 M w。

经电缆公司人员检查发现, 此次电缆着火系所外终端侧三相接地线全部遭盗窃。

其实在发生此次电缆着火故障前, 已经多次发生电缆护层接地线被盗导致接地保护箱发热情况, 如6月15日, 值班员使用红外成像仪测温对设备进行测温时, 发现一电缆接地保护箱温度明显高于其它线路, 如图3所示, 屏蔽线A相与接地保护器连接桩头温度为4 9℃, 拆开接地保护箱, 其内A相保护器颜色变白, 有瓷屑掉落。后经电缆公司人员检查发现此电缆线路所外终端侧A相接地线遭盗割未遂、已松脱。

2 故障原因分析

接地保护箱发热和电缆着火都是由于电缆接地方式的改变所引起的, 只是厉害程度不同, 为阐述故障原因, 我们首先了解一下电缆的绝缘结构, 此线路电缆采用的交联聚乙烯电缆单芯电缆, 如图4所示。

聚乙烯绝缘层3和半导体屏蔽层2、4, 组成分阶绝缘结构, 目的是使绝缘层内的电场强度分布均匀, 提高绝缘的利用率, 降低导线表面的最大场强, 从而提高了电缆的安全系数。金属护层 (丝或带) 的作用, 首先是加强电缆的机械强度, 二是保持电缆周围为零电位, 并在电缆短路时承载短路电流, 以免因短路电流引起电缆温度过高而损坏绝缘层。外护层的作用是防腐, 防水。

单芯电缆的特殊性在于, 电缆的导线和金属护层之间相当于一个单匝变压器。当电缆芯线通过电流时, 在交变电场作用下, 金属屏蔽层必然感应一定的电动势。在工频交流电气设备中, 不同电位导体间的电位差随时间变化比较缓慢, 导体间的距离远小于相应电磁场的波长, 所以在任一瞬间工频交流电气设备中的电场可近似作为静电场, 即此时金属屏蔽处于带电电缆导线的电场中, 受其影响会在其表面不同部位出现正负电荷, 即静电感应。将单芯电缆理想化为圆柱形电容器, 如图5所示。

根据电磁场理论中静电场部分, 查的公式如下:

(R为电缆半径;r为芯线半径;x为屏蔽层至圆心的距离) 。

根据电缆实际R=5 0 m m, r=2 5 m m, X=45mm, U=110000/, 上数据可得金属屏蔽层为15.5kV (由于电缆导线周围电场分布远比此复杂, 现场情况也比较复杂, 因此该情况仅做定性分析。) , 远大于人体所能承受的电压, 当接地的导体或人与屏蔽层接触时就会产生电流, 这时会有火花或使人触电, 因此屏蔽层要通过接地来减小或消除静电感应的影响。

电缆护层的接地有多种方式。此变电站110kV电缆全部采用一端直接接地, 另一端采用护套保护器接地的方式, 而且在设计及施工过程中将护套直接接地端放置在所外, 保护接地端设置在所内。如图6所示。

电缆正常运行时, 金属护层内无环流, 直接接地端感应电压为零, 保护接地端感应电压与电缆长度成正比, 保护器在正常运行条件下呈现较高的电阻。当雷电波或操作波沿芯线流动时, 电缆接头处护层不接地端将出现过电压, 保护器将呈现较小的电阻, 这时, 作用在金属护层上的电压就是保护器的残压。当电缆线路所外终端侧A相接地线遭盗割未遂、已松脱时, 此时, 金属屏蔽层上的电压增大, 而电缆护层保护器的启动电压值为3kV, 因此导致电缆护层保护器不断动作导通, 电压下降, 保护器恢复, 电压再升高, 保护器再动作, 如此不断循环, 从而引起发热现象。

当所外终端侧三相接地线全部遭盗窃, 首先仍将会引起护层另一端的保护器导通引起保护接地箱发热现象, 若当接地保护器由于雷击或感应过电压引起瓷套断裂、炸碎时, 电缆的屏蔽层就完全处于不接地状态。其增大的电缆护层感应电压一方面对人身安全有影响, 另一方面, 会将热量积聚于外护层粗糙、薄弱的地方, 引起如开篇所引出的着火故障。

由于此次故障扑救及时, 只烧到了绝缘外护层, 未对电缆屏蔽层造成影响, 因此对电缆进行包裹处理。

3 防范措施

对所外直接接地端采取防盗措施, 增加预埋管, 并将接地引牌增高, 减少护套与引牌间直接接地引线的长度。

采取将直接接地点放到变电所内终端的方法。这样即使户外保护接地端的接地线被剪断, 此段电缆上仍有一点直接接地, 可消除护层循环电流, 减少线路损耗。

从图片中可以看到, 电缆并不是从电缆头处开始燃烧的, 燃烧的部位必然是外护套受损的地方。因此首先可以选用外护层硬度较高、耐腐蚀的电缆;其次施工过程中提高电缆敷设安装质量, 注意敷设环境的影响, 杜绝外护套由于敷设安装不良造成的故障;最后是定期进行各项测试, 测量电缆线路的护层、绝缘和保护器性能, 防患于未然。

4 结语

综上所述, 电缆事故不是突然形成的, 其必然是异常现象经过不断的恶化造成的, 因此通过不断的学习, 掌握设备规律, 可以将事故消灭于萌芽中。今后在电缆运行维护中还需注意以下问题。

(1) 雷电过后或发生线路跳闸后, 需加强对电缆接地保护箱进行巡视, 防止保护器损坏, 且定期对接地保护箱进行红外测温工作。

(2) 电缆着火时会产生大量的烟雾和有毒气体, 因此进行检查、扑救时需带防毒面具, 并有两人配合, 做到相互监护作用;使用灭火器时必须在设备无电状态下进行火灾扑救。

(3) 由于此站是无人值班变电站, 火灾报警装置在此次事件中发挥了关键作用。为此, 变电所要重视对该装置的维护。定期检查该装置接入监控中心的报警信号是否正确。

摘要：本文针对一起110kV电缆着火故障, 分析了着火故障的原因, 给出了具体的防范措施, 并从运行角度总结了注意事项。

关键词：电缆,着火,接地方式