隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)的步伐加快，用電負(fù)荷也快速增加高壓、超高壓交聯(lián)電纜正被越來越廣泛的使用。但是目前國內(nèi)高壓交聯(lián)電纜通常采用單芯電纜，在電纜的安裝使用過程中亦發(fā)現(xiàn)不少問題，本文對一起110kV電纜在進(jìn)行交接驗(yàn)收試驗(yàn)時外護(hù)套燒毀事故進(jìn)行原因分析。

　　【摘要】高壓單芯電纜在未能進(jìn)行有效接地時，金屬護(hù)套會產(chǎn)生懸浮電壓，對電纜造成嚴(yán)重危害。介紹了不同情況下懸浮電壓的計(jì)算方法，提出預(yù)防懸浮電壓的相應(yīng)措施。

　　【關(guān)鍵詞】電力論文投稿,高壓單芯電纜,接地,電容分壓,懸浮電壓,外護(hù)套

　　1事故概況

　　2011年9月，河北省某碼頭110kV電纜進(jìn)線工程，該電纜型號規(guī)格YJLW03―64/110kV―1*630mm2，雙回路，穿管敷設(shè)，每回長度約1500米，分三段做中間接頭，每段電纜長度約500米，均采用交叉互聯(lián)接地。電纜敷設(shè)安裝結(jié)束按要求進(jìn)行交接試驗(yàn)，試驗(yàn)單位為某供電局修試所。試驗(yàn)過程中，將兩個回路中C相電纜并聯(lián)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，電壓升到128kV并持續(xù)約15分鐘時，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)1#接頭井、2#接頭井內(nèi)冒出大量煙霧，隨即停止試驗(yàn)。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)1#、2#接頭井內(nèi)多根電纜外護(hù)套不同程度燒毀，其中兩個C相電纜大約2米長度外護(hù)套幾乎全部燒光，與之相鄰幾根電纜由于被引燃，也存在不同程度的燒毀情況。同時在該電纜線路其他檢修井內(nèi)也發(fā)現(xiàn)兩根C相電纜外護(hù)套表面有多個擊穿點(diǎn)。

　　圖1

　　2原因分析

　　2.1高壓電纜結(jié)構(gòu)

　　由于高壓電纜導(dǎo)體截面大，絕緣層較厚，如果成纜后再加上填充及外護(hù)套，電纜整體外徑及重量會非常大，不利于生產(chǎn)加工及運(yùn)輸，施工難度也會很大，故國內(nèi)高壓電纜普遍采用單芯結(jié)構(gòu)，其主要構(gòu)成包括導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、緩沖阻水帶、皺紋鋁護(hù)套、非金屬外護(hù)套（表面含半導(dǎo)電層），如圖2所示

　　圖2

　　2.2高壓電纜的接地方式

　　由圖2可知，高壓單芯電纜結(jié)構(gòu)中，絕緣線芯外包覆有皺紋鋁護(hù)套，鋁護(hù)套一方面起徑向阻水作用，另一方面在電纜正常運(yùn)行時通過電容電流，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時為故障電流提供了回流通路。由于單芯高壓電纜的特殊結(jié)構(gòu)，當(dāng)導(dǎo)體通過交變電流時，其產(chǎn)生的交變磁場與金屬護(hù)套交鏈，在金屬護(hù)套上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。該感應(yīng)電壓與電纜的長度、導(dǎo)體負(fù)荷電流、頻率成正比關(guān)系，感應(yīng)電壓過高不僅會危及到人身的安全，還可能會擊穿外護(hù)套絕緣。故此GB50127―2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定：交流單芯電纜線路正常感應(yīng)電動勢的最大值在未采取有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V，其余情況不得大于300V。

　　為降低金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓，滿足規(guī)范要求，同時避免單芯電纜金屬護(hù)套兩端接地時產(chǎn)生環(huán)流，不僅需要根據(jù)GB/T11017―2002《額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》及GB/Z18890―2002《額定電壓220kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》標(biāo)準(zhǔn)要求，敷設(shè)后電纜外護(hù)套需通過直流10kV/1分鐘耐壓試驗(yàn)，而且根據(jù)實(shí)際情況來合理選擇不同的接地方式，通常有單端接地、中間接地、交叉互聯(lián)接地。

　　2.3高壓電纜的懸浮電壓

　　由2.2可知，高壓單芯電纜導(dǎo)體通過交變電流時，如果選擇正確的接地方式后，金屬護(hù)套對地感應(yīng)電壓很低，最高不超過300V。但是一旦高壓單芯電纜金屬護(hù)套未接地或接地方式被破壞，造成金屬護(hù)套兩端出現(xiàn)未接地現(xiàn)象，金屬護(hù)套對地的感應(yīng)電壓就會改變?yōu)闃O高的懸浮電壓，引發(fā)事故。

　　2.3.1懸浮電壓的計(jì)算

　　電纜本身是容性負(fù)載，導(dǎo)體與金屬護(hù)套（或金屬屏蔽）可以看作電容的兩個極。高壓單芯電纜外護(hù)套表面均包含有半導(dǎo)電層，其主要作為電纜外護(hù)套絕緣試驗(yàn)的一個電極，電纜敷設(shè)安裝后，其外護(hù)套表面半導(dǎo)電層與地（金屬支架等）產(chǎn)生良好接觸時，如果電纜金屬護(hù)套不接地，此時導(dǎo)體與金屬護(hù)套間、金屬護(hù)套與地間形成一個串聯(lián)的電容分壓器，假設(shè)導(dǎo)體與金屬護(hù)套間電容為Ca，金屬護(hù)套與地之間電容為Cb，如果導(dǎo)體上施加電壓為U，則金屬護(hù)套上會產(chǎn)生Ca、Cb對U的分壓U懸浮，且每一點(diǎn)的電位相等，即懸浮電壓U懸浮。于是有

　�。ㄊ�1）

　　式1計(jì)算公式。另外電纜外護(hù)套表面半導(dǎo)電層由于種種原因與地（金屬支架）未接觸或接觸不良時，如果電纜金屬護(hù)套不接地，此時除了Ca、Cb外，還有金屬護(hù)套與地及周圍環(huán)境之間的空氣雜散電容C空，則金屬護(hù)套上產(chǎn)生Ca、Cb、C空對U的分壓U懸浮1，此時Cb、C空

　　（式2）

　　串聯(lián)后再與Ca串聯(lián)分壓，如果將Cb、C空串聯(lián)后的電容看作Cx，于是有式2計(jì)算公式。式1中Ca、Cb根據(jù)廠家提供電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)，由電纜電容計(jì)算公式式3求取，此時電容是定量，懸浮電壓主要與導(dǎo)體施加電壓成正比。式2中Cx的計(jì)算需要根據(jù)電纜敷設(shè)現(xiàn)場實(shí)際空間求取C空，此時電容是變量，計(jì)算比較復(fù)雜，而且C空與Cb串聯(lián)后電容變小，式2條件下計(jì)算出的懸浮電壓數(shù)值要比式1條件下高。式3中，Di為電纜外徑，Dc為導(dǎo)體外徑。

　�。ㄊ�3）

　　2.4事故原因

　　現(xiàn)場調(diào)查得知，該電纜線路設(shè)計(jì)為交叉互聯(lián)接地，電纜試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)為GB50150―2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，試驗(yàn)電壓128kV，時間60分鐘，諧振頻率為20―300HZ�，F(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，電纜接頭井與檢修井中電纜均放在金屬支架上，但是外護(hù)套未能與金屬支架良好接觸，電纜線路兩個終端的鋁護(hù)套均良好接地，但是1#、2#接頭井內(nèi)電纜中間接頭鋁護(hù)套引出端未能與交叉互聯(lián)箱進(jìn)行聯(lián)接，導(dǎo)致電纜線路在耐壓試驗(yàn)過程中，1#接頭井至2#接頭井中間段電纜鋁護(hù)套未接地，產(chǎn)生懸浮電壓。假設(shè)該電纜敷設(shè)后，外護(hù)套半導(dǎo)電層與地（金屬支架等）良好接觸，此時該中間段電纜鋁護(hù)套上產(chǎn)生的懸浮電壓按照式1來計(jì)算，根據(jù)廠家提供電纜參數(shù)得知，導(dǎo)體與金屬護(hù)套間電容為0.219μF/km，電纜外徑為98.2mm，鋁護(hù)套厚度為2mm，外護(hù)套厚度為4.5mm，真空介電常數(shù)ε0=8.86×10-3μF/km，外護(hù)套材料為聚乙烯的相對介電常數(shù)ε=2.3。根據(jù)式3則有Cb=6.28×8.86×10-3μF/km×2.3÷ln（98.2÷89.2）=1.331μF/km。如L為電纜實(shí)際長度，根據(jù)式1則有而現(xiàn)場實(shí)際情況是電纜外護(hù)套半導(dǎo)電層未能與地（金屬支架等）良好接觸，則有U懸浮1產(chǎn)生，根據(jù)式2可知，由于Cx變小，故U懸浮1要幾倍于18.08kV，由于C空與電纜實(shí)際使用空間有關(guān)，C空的取值越小，則U懸浮1越大。該金屬護(hù)套上產(chǎn)生的U懸浮1已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過外護(hù)套耐壓試驗(yàn)所要求的10kV電壓，過高的電壓導(dǎo)致外護(hù)套擊穿。外護(hù)套擊穿后，由于電纜外護(hù)套半導(dǎo)電層未能與地良好接觸，金屬護(hù)套會對地進(jìn)行放電，因此時電纜導(dǎo)體上仍然施加有電壓，使得金屬護(hù)套不斷對地進(jìn)行放電，并通過電纜外護(hù)套表面半導(dǎo)電層爬電連通到距離最近的接地電阻較小的金屬支架或其他固定金具等有效接地點(diǎn)，產(chǎn)生弧光放電，導(dǎo)致電纜外護(hù)套起火燃燒，加上外護(hù)套采用的是易燃的聚乙烯材料，加大火勢并引燃了臨近電纜。發(fā)現(xiàn)情況后雖經(jīng)及時處理，亦造成了多根電纜燒毀，只能進(jìn)行更換，結(jié)果損失慘重。

　　3預(yù)防措施

　　鑒于懸浮電壓的危害性，故高壓單芯電纜在進(jìn)行交接試驗(yàn)或通電投運(yùn)前，必須對電纜金屬護(hù)套（金屬屏蔽）的接地情況進(jìn)行認(rèn)真檢查，并確保接地牢靠。另外由于鋁芯電纜端子容易氧化，會導(dǎo)致端頭接觸電阻變大，應(yīng)避免使用鋁芯電纜作為接地線。

　　高壓單芯電纜進(jìn)行交接試驗(yàn)時，由于未帶負(fù)荷，此時導(dǎo)體承載電流很小，即使金屬護(hù)套（金屬屏蔽）兩端接地，環(huán)流亦可忽略不計(jì)。為確保試驗(yàn)時電纜金屬護(hù)套接地，對采用單端接地或中間接地方式的線路，最好將電纜兩端金屬護(hù)套全部接地進(jìn)行試驗(yàn)。對于采用交叉互聯(lián)方式接地的線路，必須對整個線路認(rèn)真檢查，確保所有交叉互聯(lián)箱、接地箱的正常連接后，方可進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，派專人對試驗(yàn)電纜線路進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時處理，避免發(fā)生事故。

　　電纜通電運(yùn)行后，要經(jīng)常對線路進(jìn)行巡視檢查，避免接地箱被盜或破壞后產(chǎn)生懸浮電壓。如果發(fā)現(xiàn)電纜出現(xiàn)完全懸空狀態(tài)，應(yīng)立即停電進(jìn)行處理，未停電時嚴(yán)禁直接用接地線接地來消除懸浮電壓，除非有特殊保護(hù)裝置才能臨時處理，但是在停電后，亦必須按照原線路接地方式進(jìn)行恢復(fù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]卓金玉.電力電纜設(shè)計(jì)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

　　[2]GB50217―2007，電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

　　[3]GB/T11017―2002，額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件[S].

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