浅析电缆金属性接地故障分析及处理

罗红云，程俊才，李佳齐，王保琳

（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 南宁 537226）

1 引言

大藤峡水利枢纽工程是国务院批准的珠江流域防洪控制性枢纽工程，也是珠江—西江经济带和“西江亿吨黄金水道”基础设施建设的标志性工程。工程位于珠江水系西江流域黔江干流大藤峡出口处弩滩上，属于红水河梯级规划中最末一个梯级，集防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉等综合效益于一体，对粤港澳大湾区国家战略实施、珠江流域生态保护和高质量发展具有重要支撑和保障作用，被誉为珠江上的“三峡工程”[1]。

大藤峡水力发电厂10 kV厂用电采用的是中性点不接地系统，如果发生单相金属性接地故障，故障相电压为0，非故障相相电压升高为线电压，但是此时系统还是对称的，可以带故障运行2 h，提高了供电的可靠性，但如果长时间运行将会造成事故扩大。由于电厂的大部分电缆都为地下或混凝土穿管电缆，电缆金属性接地后不易直观找到接地点。在没有电缆接地故障查找仪器的情况下查找更困难，因得不到及时的处理减小了设备供电的可靠性，增加了机组非停机的风险。针对电力电缆金属性接地的情况，根据等效电阻的原理能利用直流电阻测试仪快速查找到接地点的距离，提高系统的供电可靠性[2]。

2 故障简介

2.1 10 kV系统运行方式

6号机组经厂高变带10 kVⅢ段运行，10kV Ⅲ段和Ⅴ段、Ⅱ段联络运行，10 kV Ⅱ段带1号机组厂用电。一次设备接线图见图1。

图1 一次设备接线图

2.2 故障概述

某日16时，10 kV保护装置报警动作，运行人员查看10 kV母线电压、各开关状态及1号机组运行情况，发现1号机组运行正常，10 kV与400 V开关状态正常无跳闸现象，10 kV Ⅲ段、Ⅴ段、Ⅱ段A、B相相电压均升高至线电压数值，C相相电压为0。监控报警信息如表1所示。

表1 监控报警信息记录

3 故障处理

3.1 接地线路的确定

通过拉支路法，依次断开10 kV Ⅱ段上的各用电负荷，故障信号未复归排除右岸施工造成接地可能；在断开10 kV Ⅲ段船闸用电后故障信号复归，确定接地点在10 kV Ⅲ段船闸用电开关至船闸用电这一段上。

检查开关柜本体内无发黑、无异味，看不到明显接地点。解开两侧三相电缆头进行电缆绝缘测量，使用2 500 V档位绝缘电阻测试仪试验1 min，测得A、B相分别对地绝缘电阻均大于1 TΩ，绝缘正常。而C相电缆使用500 V档位进行测试，兆欧表无输出电压，显示仅为1 V即短路状态，判断C相电缆接地短路[3]。

该故障电缆型号为WDZA-YJY3-8.7/15，由6号机组段下游副厂房经电缆桥架、高压电缆廊道、电缆埋管到船闸10 kV开关柜内,电缆全长636 m，为整段敷设无中间接头。电缆桥架最高处有8 m，且电缆廊道电缆密集，环境复杂，非常不利于查找。透过开关柜底部缝隙观察，电缆与孔洞周围无放电发黑迹象。

3.2 电缆接地点查找及处理

使用直流电阻测试仪采用三阻值法快速测量电缆金属性接地点距离电缆终端的长度，按照测量方法将电厂侧的B、C相短接，在船闸侧分别测量C对地的直流电阻为989.8 mΩ、B对地的直流电阻为1 160 mΩ、B对C的直流电阻为174.8 mΩ通过计算得出C相对地的直流电阻为2.3 mΩ，再通过故障点长度L=C相对地的直流电阻×电缆横截面积/电缆电阻率，得出短路故障点距离船闸侧电缆终端大约15.8 m。同理在电厂侧测量C对地的直流电阻为1 073 mΩ、B对地的直流电阻为1 085 mΩ、B对C的直流电阻为171.6 mΩ通过计算得出C相对地的直流电阻为79.8 mΩ，再通过故障点长度L=A相对地的直流电阻×电缆横截面积/电缆电阻率，得出短路故障点距离船闸侧电缆终端547.2 m，通过测量电缆全长约为563 m；综上已精准判断出10 kVⅢ段3G12柜至船闸15G柜C相故障接地点在距离船闸侧电缆终端大约15.8 m（电缆经电缆埋管电缆进到船闸15G开关柜不能具体看到故障接地点）[4]。

用不同吨位的手拉葫芦经过多次尝试都拉不出来电缆，所以判断电缆因混凝土基础变形位移压破电缆绝缘层，从而引起电缆C相接地。将穿墙电缆前端截断重新制作中间接头和电缆头后使用2 500 V档位重新测量C相电缆绝缘电阻为500 MΩ满足电缆绝缘要求。回装电厂侧和船闸侧10 kV开关柜电缆后送电一次性成功。

4 电缆接地故障距离测量原理

计算电缆接地点距离的原理就是测量电缆终端对接地点的电阻R，再利用导体电阻计算公式反算出铜导体的长度。

式中：L—电缆长度，m；S—电缆截面积，mm2；ρ—电缆电阻率，Ω·mm2/m。

公式虽然简单但是电缆端头到接地点的电阻是不能直接测量出来的，所以必须通过间接的方法计算出电缆终端到接地点的电阻，并且电缆必须是金属性接地，如果不是金属性接地则此方法不适用。

如上述故障处理过程所述，只要测量出两相电缆的三个电阻值就能计算出故障点到电缆终端的电阻值。因为电缆都为金属性接地所测得的电阻都为毫欧级别，所以万用表测得的数据不准确必须使用直流电阻测试仪。

具体测量步骤如下：将故障相A的电缆两端终端拆解，再找一相与故障相截面积相同的非故障相B（B对地绝缘合格），将故障相A和非故障相B的一端用导线连接，使用直流电阻测试仪测量故障相A对地的电阻值RAN，测量非故障相B对地的电阻值RBN，测量故障相A和故障相B相间的电阻值RAB。则利用以下公式就可计算出故障相A电缆终端到接地点的电阻R。

根据不同导线不同材质的电阻率，例如铜的电阻率为0.017 5 Ω·mm2/m。将计算出的电阻带入公式（1）中，就可求出电缆终端到接地点的距离[5]。

5 等效电路及公式推导

如图2所示，一段电缆A相中间g为故障接地点，其中一相B绝缘合格，并将A、B相一端的电缆终端连接。

图2 电缆故障模型图

电缆故障模型图见图2所示。

将各部导线用相应电阻等效如图2所示，再将电路图简化如图3所示，其中B相到接地点的电阻R3=R+R2，B相的电阻R=R1+R2，RgN为故障点g到电源侧地N的等效接地电阻。

图3 电缆故障等电阻效图

电缆故障等效电阻图见图3所示。

根据图3等效电路图，已知A，B，N 三个端子间的电阻值，即可列出以下等式:

6 结束语

10 kV配电线路单相短路接地故障是特别普遍的一种故障类型，对于电厂来说能快速找到故障点并隔离出故障线路才能保证设备的安全稳定运行。在没有专用电力电缆故障点定位仪器的条件下通过直流电阻测试仪科学的运用三阻值法，能迅速精准的找到电缆接地点，尤其对于那些不能直接检查电缆的特殊情况特别适用。