110kV电力电缆交叉互联缺陷引起电缆头烧毁分析

姚文吉 杨帮华 何金海 谢彬 陈海鹏

（黄石供电公司）

110kV电力电缆交叉互联缺陷引起电缆头烧毁分析

姚文吉 杨帮华 何金海 谢彬 陈海鹏

（黄石供电公司）

电力电缆屏蔽层的接地良好状况影响电力电缆的安全稳定运行。运维人员定期对电缆屏蔽层电流进行巡检，能有效监测电缆的状况。某110kV电缆运行时出现故障，经检查发现电缆交叉互联未正确安装，且电缆安装初期外护套由于施工破损，造成电缆对接头处长期发热绝缘遭到破坏。

110kV电力电缆；故障；屏蔽层；交叉互联

0 引言

随着城市建设的不断发展，城市电网电缆化是发展的必然趋势。与架空线路相比，电力电缆线路具有不占用地上空间、供电可靠性高、电击可能性低、分布电容大、维护工作量小等优点，在城市电网的建设和改造中得到广泛的应用[1]。交联聚乙烯（XLPE）电力电缆具有良好的性能，已在电网中逐步取代了油浸纸绝缘电缆，并已在高压和超高压电网中得到广泛应用[2]。

电缆在生产、运输、安装、运行过程中不可避免地会产生缺陷，电缆故障不可避免[3-4]。10～35kV等级电缆故障，目前已有较为成熟的检测与查找方法。距离较长的110kV三相单芯电缆发生故障时，由于采用金属护层交叉互联接地[5]，其故障查找较为困难[6-7]。

1 电缆运行情况

某110kV变电站110kV三相出线电缆罗永线，全长1220m，芯线为单芯铜导体，电缆型号为YJLW03-64/110-800，金属外护套为波纹铝。该电缆敷设方式为室外电缆沟水平敷设，电缆分为三段，中间两组对接头，分别引出屏蔽层。电缆安装方式为两组中间接头和两组终端头，两组中间接头的波纹铝护套用同轴电缆经交叉互联箱进行换位，两处终端头波纹铝护套经直接接地箱接地。查阅设计图和电气安装图，电缆屏蔽层沿着电缆出线布置的四个接地箱实行保护接地。接地箱布置如图1所示。

电缆故障发生前，运维人员在例行巡检中用钳形电流表监测电缆外护套环流，发现C相屏蔽层接地电流最高时达到70A。该电缆屏蔽层电流历史测量值如表1所示。

图1 电缆屏蔽层接地箱布置图

表1 某110kV电力电缆屏蔽层的历史电流值

从表1看出，该出线电缆的金属屏蔽层三相电流偏大，且电流不平衡，C相的数值明显大于A、B两相。

2 事故经过

2.1 电缆发生单相接地短路故障

2016年11月11日22：39，某变电站110kV罗永线出线电缆发生C相瞬时性接地短路，线路保护（型号为许继WHH-811BG1保护）接地距离Ⅰ段、零序Ⅰ段C相动作，跳开罗01断路器。经1266ms延时，线路重合闸动作，罗01断路器重合成功后，随后再次发生单相接地，距离保护加速动作跳开罗01断路器。继电保护人员分析，该110kV罗永线的保护正确动作。继电保护计算出的故障距离为866m，故障电流IC=55.896A（CT变比：600/5），继电保护动作报告如图2所示。

图2 继电保护动作报告

2.2 故障检测

试验人员现场用绝缘电阻表测量该出线电缆的主绝缘，测量结果如表2所示。

表2 电缆主绝缘的绝缘电阻

从表2可以看出，A相和B相的绝缘电阻均超过10000MΩ，而C相绝缘电阻为零，说明A相和B相的绝缘良好，C相绝缘某个部位已击穿，在较低的电压下即发生了接地。

运用脉冲电流法，查找C相电缆故障的准确位置。使用电缆故障定位测试仪进行测量，测试结果如图3所示。

图3 脉冲电流法故障定位测试

定位测试仪显示C相电缆的故障点为距离站内电缆出线端约为867m的地方。根据电缆线路走向图和电缆安装施工图，初步判断故障点为电缆2#对接头处。打开2#电缆对接头上方的电缆井盖，发现该处的电缆对接头被污水淹没。

根据超声波法原理，使用超声波信号发射测试仪进一步确认故障点的实际位置。测试人员在变电站站内的电缆头处，使用试验加压仪器，试加8kV电压，现场试验配合人员在2#电缆对接头附近监听到明显的放电声，并看到2#电缆对接头处的水面上冒出微小气泡。

上述测试结果表明，C相电缆绝缘击穿发生在2#电缆对接头处。

2.3 电缆接头解体检查

锯开C相故障电缆2#对接头，倾斜后，有污水从主芯流出，表明该电缆对接头已破损。

2.4 屏蔽层接地箱检查

为查找电缆头击穿的原因，工作人员对电缆屏蔽层进行检查。该电缆金属屏蔽层采用具备防水性能的波纹铝护套。

打开电缆沿线的四个接地箱，如图4～7所示。

图4 站内电缆直接接地1#接地箱

图5 站外电缆交叉互联接地2#接地箱

图6 站外电缆交叉互联接地3#接地箱

图7 站外铁塔上电缆直接接地4#接地箱

检查发现，2#、3#互联箱接地错误，与电缆设计图不一致，如图8所示。

图8 电缆屏蔽层交叉互联的实际接线方式

2.5 电缆屏蔽层保护接地

根据电力工程电缆设计规范（GB 50217—2007），较长距离电力电缆的屏蔽层接地应按照图1所示的方式安装。其原理是：

1）电缆护套通过交叉互联方式实现了完全换位，感应电流达到最小值；

2）安装过电压保护器有效地限制雷电及操作过电压。

当单芯电缆的导线通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线将与屏蔽层铰链，使屏蔽层产生感应电压。感应电压的大小与电缆线路的长度和电流的大小成正比，电缆较长时，屏蔽层上的感应电压可以达到危及人身安全的程度，尤其是在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。如果金属屏蔽两端同时接地而不使用交叉互联方式，致使屏蔽线路形成闭合通路，金属屏蔽中将产生环流损耗使电缆发热，不仅影响电缆的载流量，还会缩短电缆的使用寿命。因此，电缆金属屏蔽层或护套应采取合理保护措施降低感应电压，来保护人身和设备安全。

由于三段电缆的长度不是绝对相等，且每段接至互联箱的同轴电缆长度不是绝对相等，电缆护套内还会存在感应电压和感应电流，但均在安全范围之内，不会对设备和人员造成伤害。

2.6 原因分析

在本例中，现场实际电缆接线图为图6所示的情形。接地箱里安装了过电压保护器，能有效地限制线路过电压。电缆两端接地箱直接接地，电缆屏蔽层距离过长，没有交叉互联，金属护层将会出现很大的环流，其值可达电缆线芯电流的50%～95%。强大的电流使金属护层严重发热，加速电缆对接头处的绝缘老化，导致2#电缆对接头处主绝缘破损，造成发生主绝缘击穿而使电缆线路跳闸。

2.7 故障处理

联系电缆厂家，更换3#电缆对接头，同时将2#、 3#保护接地箱更改为交叉互联接地保护箱。检修完成后送电，电缆屏蔽层电流如表3所示。

表3 检修后电缆屏蔽层的电流

由表3可看出，屏蔽层电流已经下降至很小的数值，证明了电缆对接头更换后，交叉互联接地效果良好。

3 结束语

本文介绍了一起110kV电力电缆发生短路故障后，运用脉冲电流法和超声波法对故障点进行定位，并现场检查电缆的屏蔽层接地情况，找到了导致电缆主绝缘损坏并击穿的原因。

1）高压单芯电缆金属屏蔽护套破损或交叉互联换位失误，会引起电缆金属屏蔽层对地感应电压升高，环流增大，严重威胁人身及设备安全。

2）为解决以上问题，应在设计、安装、施工、维护、检修阶段建立长期监测机制，定期巡检和检测互联箱中通过的电流和保护接地箱的对地电压，以便及时发现接线错误或电缆缺陷，将事故消灭在萌芽状态，提高电缆线路供电的可靠性。

[1]朱启林.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社,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]潘祖连.交联电缆端部故障定位的影响因素及对策[J].高电压技术,2001(6) ：72-73.

[4]皇甫学政.110kV XLPE 电缆故障定位[J].高电压技术,2001(104) ：44-47．

[5]GB 50217—2007.电力工程电缆设计规范[S].北京：人民出版社,2007.

[6]李华春.110kV及以上高压交联电缆系统故障分析[J].电力设备,2004(8) ：9-13．

[7]黄永祥.110kV交联聚乙烯电缆的故障及分析[J].高电压技术,2004(8) ：94-96．

2017-06-07）