天鐵35 kV電纜常見(jiàn)故障原因分析及改進(jìn)措施

李志濤（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司水電廠，河北省涉縣 056404）

天鐵35 kV電纜常見(jiàn)故障原因分析及改進(jìn)措施

李志濤（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司水電廠，河北省涉縣 056404）

針對(duì)天鐵35 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜經(jīng)常出現(xiàn)單相接地故障的現(xiàn)象，分析了故障產(chǎn)生的原因，從電纜敷設(shè)、制作等方面采取了技術(shù)改進(jìn)措施,保證電纜安全運(yùn)行,收到良好的效果。

聚乙烯 電纜 接地 故障 措施

1 前言

隨著天鐵生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，35 kV電壓等級(jí)供電系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了少占空間，這一等級(jí)配電線路大多為電纜，且極易發(fā)生故障。熱軋35 kV變電站和精煉爐35 kV變電站是中性點(diǎn)經(jīng)銷弧線圈接地的供電系統(tǒng)，兩個(gè)變電站的35 kV交聯(lián)聚乙烯電纜從投運(yùn)至今曾多次發(fā)生單相接地故障，故障發(fā)生后，難以判斷單相接地故障發(fā)生位置，形成接地時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，最終造成短路停電，影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，我們采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，減少了35 kV電纜故障的發(fā)生。

235 kV電纜常見(jiàn)故障及形成原因

2.1 外部原因

2.1.1 電纜敷設(shè)不規(guī)范造成機(jī)械傷害

電纜在最初施工時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)管理不到位，對(duì)施工隊(duì)伍要求不嚴(yán)格，沒(méi)有按規(guī)范施工。同時(shí)沒(méi)有進(jìn)行認(rèn)真的竣工驗(yàn)收。交工后，存在直埋電纜標(biāo)志不齊全、電纜埋深不夠和地形發(fā)生變化等缺陷，致使電纜遭到外圍機(jī)械施工傷害,造成接地短路故障。

2.1.2 交聯(lián)聚乙烯電纜水樹(shù)枝劣化

由于電纜在放置和施工過(guò)程中電纜外護(hù)套破損，以及電纜在運(yùn)行過(guò)程中外護(hù)套受到機(jī)械傷害，致使電纜內(nèi)部進(jìn)水，在電場(chǎng)作用下形成樹(shù)枝狀物，導(dǎo)致電纜絕緣強(qiáng)度降低，不斷老化，壽命縮短。

2.2 電纜接頭接觸不良

2.2.1 戶外和戶內(nèi)終端頭、電纜中間接頭接地短路爆炸

電纜頭制做現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，金屬性粉塵比較大，空氣濕度比較高，制做工藝不當(dāng)；電纜的安裝運(yùn)行環(huán)境惡劣；電纜長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷尤其是沖擊性過(guò)負(fù)荷引起接頭盒內(nèi)絕緣膠膨脹脹裂，導(dǎo)體連接不良，接觸電阻較大，電纜終端頭、中間頭材料不合格等原因，不但造成戶外和戶內(nèi)終端頭、電纜中間接頭接地短路爆炸，而且殃及相鄰電纜的安全運(yùn)行，形成更大事故。

2.2.2 電纜屏蔽接地方式不對(duì)

單芯電纜因長(zhǎng)度不同，電纜屏蔽采用一端或兩端及中間接地方式不對(duì)；當(dāng)采用兩端接地時(shí)，在電纜屏蔽銅帶內(nèi)感應(yīng)出電流，環(huán)流電纜發(fā)熱；當(dāng)采用一端接地另一端不接地，如果出現(xiàn)短路和大負(fù)荷時(shí)，不接地端感應(yīng)高電壓放電，影響電纜絕緣強(qiáng)度，使絕緣老化，縮短電纜壽命。

2.3 電力系統(tǒng)異常

2.3.1 諧波導(dǎo)致電纜老化加速

因?yàn)?5 kV供電系統(tǒng)的負(fù)荷大多是沖擊性負(fù)荷，如精煉爐、軋鋼機(jī)等，它們產(chǎn)生2、3、5、7、11次諧波，如果沒(méi)有采取動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和消諧措施，使電纜發(fā)熱，對(duì)電纜絕緣造成破壞，影響電纜壽命。

2.3.2 電力系統(tǒng)電壓不正常

主要是指電力系統(tǒng)過(guò)電壓造成電纜絕緣擊穿，過(guò)電壓形成有內(nèi)部過(guò)電和外部過(guò)電兩種。內(nèi)部過(guò)電有操作過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓、單相接地過(guò)電壓；外部過(guò)電壓有雷電過(guò)電壓、感應(yīng)過(guò)電壓。電力系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)電壓后，會(huì)在電纜絕緣薄弱處擊穿放電，形成電纜故障。

3 防止措施

3.1 電纜敷設(shè)施工

3.1.1 因地制宜采取不同敷設(shè)方式

在地形具備條件時(shí)，最好采用電纜隧道、電纜溝敷設(shè)方式；當(dāng)電纜采用直接埋地敷設(shè)時(shí)，應(yīng)按要求埋設(shè)深度為700 mm～1000 mm，并在電纜上面均勻鋪設(shè)100 mm厚的細(xì)沙，然后在細(xì)沙上面緊密平鋪一層磚，加以保護(hù)，然后回填，同時(shí)，栽設(shè)電纜標(biāo)志樁。如果電纜根數(shù)超過(guò)6根時(shí)，應(yīng)采用電纜隧道、電纜溝敷設(shè)方式。電纜溝和電纜隧道過(guò)路時(shí)應(yīng)采用滿足車輛重量要求的蓋板，電纜溝和隧道必須設(shè)有排水設(shè)施。

3.1.2 加強(qiáng)外護(hù)套密封

當(dāng)電纜外護(hù)套遭到破壞時(shí)，不管是在吊裝運(yùn)輸過(guò)程中，還是在敷設(shè)過(guò)程中，要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，避免因進(jìn)水使電纜在電場(chǎng)作用下形成樹(shù)枝狀物。當(dāng)破損長(zhǎng)度較小時(shí)，可用防水膠帶纏繞密封處理，當(dāng)破損長(zhǎng)度較大時(shí)，可用CIAC電纜接續(xù)附件進(jìn)行密封處理。

3.2 電纜頭制作、安裝質(zhì)量

電纜頭施工質(zhì)量的好壞直接影響電纜的安全運(yùn)行，35 kV電纜熱縮頭的制做對(duì)工藝要求相當(dāng)嚴(yán)格，并不是簡(jiǎn)單的三個(gè)10 kV電纜頭的疊加制做，除了按說(shuō)明書(shū)制做外，還要做好以下幾點(diǎn)。

3.2.1 改善電纜頭制作環(huán)境

如在室外制做，最好搭設(shè)臨時(shí)帳篷，并采取措施防止灰塵。尤其鋼鐵企業(yè)空氣中導(dǎo)電粉塵比較大，必須采取有效措施防止粉塵進(jìn)入電纜中間頭和終端頭內(nèi)部?？諝獾臐穸炔荒艹^(guò)80%，同時(shí)要求施工人員手套及工具保持清潔等。

3.2.2 剝?nèi)グ雽?dǎo)層時(shí)，嚴(yán)禁用刀過(guò)猛

剝半導(dǎo)層時(shí)，往往用刀把把半導(dǎo)層分成幾條，下刀時(shí)避免用力過(guò)猛，以免傷害主絕緣層，造成電暈放電，最終形成單相接地。我公司熱軋35 kV精煉爐電纜就是施工時(shí)傷害了主絕緣層，投運(yùn)半年后，發(fā)生單相接地短路跳閘事故。

3.2.3 去除中間連接管和端子內(nèi)的氧化膜

中間連接管和端子內(nèi)的氧化膜是造成接觸電阻大、電纜發(fā)熱的主要原因，不可小視。壓接前，應(yīng)用細(xì)砂紙輕輕擦拭連接管和端子內(nèi)的氧化膜，或用稀鹽酸清洗，最后用清水沖洗，晾干。

3.2.4 中間連接管和端子的壓接表面應(yīng)光滑

不管是中間連接管的壓接還是端子的壓接，必須保證壓接后表面處理光滑，否則會(huì)形成棱角和尖端電場(chǎng)放電。

3.2.5 熱縮套管的兩端應(yīng)纏密封膠

在烤熱縮套筒前，應(yīng)先把電纜中間頭的兩端纏密封膠，然后從中間開(kāi)始烤火，往兩頭分別進(jìn)行，趕走中間套筒內(nèi)氣體同時(shí)，使得熱縮套筒的兩端得到充分密封，防止進(jìn)水。

3.2.6 單芯電纜屏蔽護(hù)層接地方式的選擇

電纜屏蔽護(hù)層宜采用一端直接接地，另一端采用過(guò)電壓保護(hù)器接地。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，過(guò)電壓保護(hù)器就會(huì)過(guò)濾掉過(guò)電壓，從而保護(hù)電纜外護(hù)套和主絕緣不被損壞。當(dāng)單芯電纜過(guò)長(zhǎng)時(shí)，有時(shí)采用電纜屏蔽護(hù)層兩端接地和中間交叉互聯(lián)接地，另一端采用過(guò)電壓保護(hù)器接地，防止過(guò)電壓的產(chǎn)生。見(jiàn)圖1。

3.2.7 使用冷縮材料

不論是電纜中間頭還是終端頭制做，最好選用冷縮材料，其一是不用火烤，不受動(dòng)火條件限制，密封比較好；其二絕緣老化慢，壽命比較長(zhǎng)。雖然價(jià)格高些，但同等制作工藝條件下，安全系數(shù)比較大，電纜故障率低。

圖1 單芯電纜屏蔽護(hù)層接地方式

3.3 技術(shù)措施

3.3.1 消除電力系統(tǒng)中的諧波和過(guò)電壓

針對(duì)冶金行業(yè)多為電爐、精煉爐和軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷形成的多次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，有針對(duì)性地采取靜態(tài)和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)认C措施，保證電網(wǎng)污染在合格范圍之內(nèi)。同時(shí)針對(duì)電力系統(tǒng)中的過(guò)電壓，在35 kV變電站內(nèi)安裝過(guò)電壓保護(hù)器，防止內(nèi)部過(guò)電壓。在配出電纜線路上安裝避雷器，防止外部過(guò)電壓侵入。通過(guò)以上兩種措施，預(yù)防了因過(guò)電壓和諧波對(duì)電纜絕緣的破壞。

3.3.2 小電流接地選線技術(shù)應(yīng)用

在35 kV變電站，當(dāng)配出線路較多時(shí)，一旦發(fā)生單相接地故障，很難判斷接地故障線路，以前只能靠拉路法，這樣一來(lái)不但延長(zhǎng)了單相接地的時(shí)間，造成短路停電故障，而且影響了無(wú)故障線路的正常供電。為了盡快選出接地線路，我們安裝了小電流接地選線裝置，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，小電流接地裝置能迅速選出接地線路，通過(guò)拉閘斷電，防止了短路停電事故的發(fā)生，保證了無(wú)故障線路的正常供電。

3.3.3 電纜隧道采用防火技術(shù)設(shè)施

電纜外護(hù)套刷防火涂料，每隔30 m～50 m加裝防火墻。電纜中間頭裝設(shè)防爆接頭盒，避免因接頭故障影響其它電纜，造成更大事故。在電纜隧道內(nèi)安裝電纜在線溫度檢測(cè)裝置，一旦電纜表層溫度超過(guò)給定值后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使發(fā)熱的電纜得到盡快處理，預(yù)防了電纜火災(zāi)事故。

3.4 加強(qiáng)巡檢、維護(hù)和更新力度

3.4.1 建立健全巡檢制度

正常巡檢是發(fā)現(xiàn)電纜故障必要手段，在對(duì)電纜隧道巡檢時(shí)，應(yīng)著重對(duì)以下方面加強(qiáng)檢查：電纜溝內(nèi)有沒(méi)有進(jìn)水；電纜的外皮有沒(méi)有受傷和裂紋；中間頭和終端頭溫度是否超過(guò)平常溫度；示溫臘片有沒(méi)有變顏色和融化等。對(duì)直埋敷設(shè)在地下電纜線路，應(yīng)查看電纜走向的路面及地面是否有明顯的壓坑和挖土痕跡，電纜標(biāo)志樁是否完整無(wú)缺等。同時(shí)根據(jù)負(fù)荷和環(huán)境等情況，制定巡檢周期，定期巡視。

3.4.2 加強(qiáng)日常維護(hù)

在電纜運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)中間頭和終端頭溫度超過(guò)正常溫度，應(yīng)盡快停下來(lái)檢修，重新壓接終端頭，解剖中間頭并重新制做，如果是熱縮材料盡量改用冷縮材料。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粉塵情況，定期清掃終端頭的護(hù)套等。

3.4.3 及時(shí)更換電纜

35 kV交聯(lián)聚乙烯電纜，額定負(fù)荷時(shí)正常壽命為25年左右，根據(jù)負(fù)荷、發(fā)熱、環(huán)境等綜合因素，判斷電纜使用壽命，對(duì)將要達(dá)到或已達(dá)到使用壽命的，應(yīng)及時(shí)更換以保證運(yùn)行中的電纜安全可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)35 kV電力聚乙烯電纜的敷設(shè)施工和電纜接頭的制作等改進(jìn)措施后，避免了單相接地故障的發(fā)生，達(dá)到了安全供電要求，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

[1]張慶達(dá).電纜實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社, 2005.243-246.

[2]GB 50168-2006,電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

Cause Analysis on TIANTIE 35 kV Cable Common Fault and Improvement Measures

Li Zhitao

Aiming at the problem of frequent single phase earthing fault of TIANTIE 35 kV crosslinking polyethylene power cable,the author analyzes the fault causes and takes technical improvement measures from cable laying to fabrication and other sides.Thus,the cable run safely and good benefits are achieved.

polyethylene,cable,earthing,fault,measure

（收稿 2010－03－20責(zé)編趙實(shí)鳴）

李志濤，男，工程師，畢業(yè)于天津理工大學(xué)，在天鐵水電廠從事電力生產(chǎn)管理工作。