不同鋪設方式及屏蔽層接地方式對10 kV單芯電纜安全運行的影響

盧忠亮，劉英會，闞 頌，劉迎宇

（鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司能源動力部，遼寧鞍山 115007）

1 事故分析

鞍鋼鲅魚圈分公司煉鐵總降TRT受電柜至TRT電站并網(wǎng)柜電纜采用單芯交聯(lián)聚乙烯電纜連接，型號為ZR-YJV-8.7/10，每相并聯(lián)根數(shù)3根，1#單根長度790 m，2#單根長度1090 m，每根電纜有一個熱縮中間接頭。1#、2#TRT電纜銅屏蔽層接地方式為一端直接接地，另一端屏蔽層對地開路不互聯(lián)；電纜排列方式為三相并排排列。

故障：2016年3月6日，后臺報2#TRT單相接地，后報兩相對地短路，總降開關跳閘。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2#TRT電纜中間頭C相銅屏蔽網(wǎng)連接處發(fā)生單相接地故障，進而破壞另一相主絕緣引起兩相對地短路導致開關跳閘。在檢查電纜中間頭銅屏蔽層時發(fā)現(xiàn)，C相電纜中間頭外護套開裂，有一處銅屏蔽層外露，此處為C相電纜第二處銅屏蔽層接地點。

原因分析：由于銅屏蔽層兩點接地導致屏蔽層內產生環(huán)流，屏蔽網(wǎng)連接處是整根電纜接觸電阻最大的地方，環(huán)流流經(jīng)此處引起發(fā)熱，破環(huán)主絕緣性能，相對地絕緣層形成固定的電阻通道，引起單相接地故障，由于分公司10 kV系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，單相接地時開關柜不直接跳閘，此處接地故障又破壞其他相絕緣性能，導致相間并對地故障，進而開關跳閘。

2 單芯電纜銅屏蔽層感應電壓的危害及其計算公式

2.1 單芯電纜銅屏蔽層感應電壓的危害

根據(jù)電力安全規(guī)程規(guī)定，電氣設備非帶電的金屬外殼都需要接地，因此電纜金屬屏蔽層都要接地。通常10 kV電壓等級電纜都采用兩端接地方式，因為絕大多數(shù)電纜都為三芯電纜，在正常運行時，流過三芯的電流和為零。在金屬屏蔽層上沒有磁鏈，即金屬屏蔽層兩端沒有感應電壓，所以兩端接地后，不會有感應電流流過金屬屏蔽層。而一旦由于負荷及現(xiàn)場安裝條件等原因采用單芯電纜時，電纜線芯與金屬屏蔽層在電纜正常運行時就會有磁力線鉸鏈，使得金屬屏蔽層上出現(xiàn)感應電壓，此電壓大小與電纜線路長度及負荷電流大小成正比。如果電纜很長則感應電壓會達到危及人身安全的程度。按GB 50217-1994《電力工程電纜設計規(guī)程》要求，單芯電纜線路金屬屏蔽層只有一點接地時，其任一點感應電壓不應超過50～100 V（未采取不能任意接觸金屬屏蔽層安全措施時不應大于50 V），因此有效的降低金屬屏蔽層感應電壓是電力電纜管理的一項重要工作。

2.2 金屬屏蔽層感應電壓計算公式

金屬屏蔽層感應電壓計算公式見表1。

表1 感應電壓計算公式

以2#TRT電纜排列方式為例，三相并排排列，三相電纜緊貼，S=2r由公式2得出邊相電纜屏蔽層感應電壓為排列方式1邊相感應電壓的倍。

3 單芯電纜銅屏蔽層內環(huán)流的危害及屏蔽層的連接與接地

3.1 單芯電纜銅屏蔽層內環(huán)流的危害

當電纜線路發(fā)生短路故障或遭受過電壓沖擊時，金屬屏蔽層上會形成很高的感應過電壓，此過電壓可能擊穿電纜護套絕緣，出現(xiàn)金屬屏蔽層多點接地，此時金屬屏蔽層內必然會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達線芯電流的50%～95%，此環(huán)流會在整條電纜的金屬屏蔽層接觸電阻最大的地方產生嚴重的發(fā)熱現(xiàn)象，這不僅白白消耗了寶貴的電能，同時這種發(fā)熱會造成電纜主絕緣的迅速老化，因此避免出現(xiàn)金屬屏蔽層出現(xiàn)多點接地同樣是電纜管理工作的一項重點內容。

分析金屬屏蔽層出現(xiàn)多點接地的原因，無論是線路發(fā)生短路故障還是出現(xiàn)過電壓，都表現(xiàn)電纜金屬屏蔽層不接地一端出現(xiàn)較高的感應電壓，這種較高的感應電壓是護套絕緣所不能承受的，它對護套絕緣的破壞導致金屬屏蔽層多點接地，形成環(huán)流。因此必須采取措施限制金屬屏蔽層這種破環(huán)性的過電壓的出現(xiàn)，以保護護套絕緣不被擊穿。

3.2 屏蔽層的連接與接地

屏蔽層的連接與接地一般應按照具體線路的負載及長度選擇不同的接地方式。通常有以下幾種：

方式一：電纜金屬屏蔽層兩端直接接地。此種接地方式僅適用于小負載，短電纜線路，如圖1。

圖1 接地方式一

方式二：電纜金屬屏蔽層一端直接接地，另一端通過保護器接地。此種接地方式適用于不太長的電纜線路通常電纜長度在500 m以下，如圖2（按照《電力工程電纜設計規(guī)范》要求，110 kV及以上單芯電纜一端接地時還必須安裝一條沿電纜線路平行敷設的回流線，在這里不具體論述）。

圖2 接地方式二

方式三：電纜金屬屏蔽層中點直接接地，兩端通過保護器接地。此種接地方式是方式二的一種延伸，可把方式二接地電纜的最大長度增加1倍，如圖3。

圖3 接地方式三

方式四：電纜金屬屏蔽層交叉互聯(lián)。當上面三種接地連接方式仍無法滿足屏蔽層感應電壓的要求時，可選擇金屬屏蔽層交叉互聯(lián)的接地方式，此種接地方式適用于很長的電纜線路，如圖4。

圖4 接地方式四

4 應對措施

影響10 kV單芯電纜安全運行的因素很多，屏蔽層接地故障通常發(fā)生在電纜接地故障的萌芽期，并且不易被及時發(fā)現(xiàn)，針對屏蔽層接地故障這一威脅單芯電纜安全運行的危險因素，提出以下應對措施。

（1）電纜鋪設設計及施工應根據(jù)線路負載及長度，選擇合適的電纜排列方式和屏蔽層接地連接方式。單芯電纜應采用正三角形排列，電纜間距應盡量??；多根單芯電纜并聯(lián)且采用一字排列時應盡可能采用感應電壓計算公式表中4、6、8種排列方式；電纜鋪設施放時應注意護套受力情況，避免由于護套過渡拉伸，運行期間出現(xiàn)的中間接頭處護套收縮，屏蔽層外露現(xiàn)象的發(fā)生，同時電纜投運前要求對護套絕緣進行直流耐壓試驗（5 kV，1 min）；較長單芯電纜如有中間接頭，在制作中間接頭時需注意銅屏蔽網(wǎng)的選擇，同時要按照電纜中間接頭制作的工藝要求保證屏蔽網(wǎng)與屏蔽層搭接良好，避免出現(xiàn)由于較大的接觸電阻帶來后期運行的發(fā)熱隱患。

（2）單芯電纜的日常運行管理要按照點檢標準的周期對電纜進行測溫，重點關注終端頭接地小辮（接地線）、中間頭屏蔽網(wǎng)與屏蔽層搭接處的溫度變化。條件具備的情況下還應測量接地小辮環(huán)流的大小，并做好記錄以備對比；由于電動力及電纜熱脹冷縮等原因，在電纜支架上的電纜護套與支架角鋼搭接處有可能存在磨損，為避免護套絕緣的破壞建議在電纜支架上加絕緣墊，以較少電纜接地面積。在停電檢修期，應對金屬屏蔽層對地搖絕緣，及時發(fā)現(xiàn)排除屏蔽層多點接地隱患。

（3）單芯電纜安全運行不僅要求屏蔽層感應電壓在安全范圍內，同時要求避免出現(xiàn)環(huán)流，而保護器的安裝只能控制感應電壓在安全范圍內，不能保證由于多點接地而引起的環(huán)流。特別是單芯電纜采取直埋的鋪設方式和鋪設環(huán)境復雜惡劣的情況下，屏蔽層發(fā)生多點接地極難盡早發(fā)現(xiàn)，而由此導致的發(fā)熱對電纜主絕緣的破壞會影響電纜使用壽命，造成很大的經(jīng)濟損失。因此，建議資金條件允許的情況下對重要負荷單芯電纜加裝在線故障判斷裝置，通過技術手段及時發(fā)現(xiàn)屏蔽層出現(xiàn)多點接地位置，通知維護人員排除故障。

5 結語

通過以上對10 kV單芯電纜鋪設方式及屏蔽層接地方式的分析，找到了10 kV單芯電纜運行管理的有效方法，保障了分公司電纜安全穩(wěn)定運行。

[1]韓伯鋒.電力電纜試驗及檢測技術[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]王軍，傅永德，郭旭振.單芯電力電纜接地施工技術[J].鐵道建筑技術，2011（1）.