李建儒

0 引言

三相單芯電力電纜與同截面三芯交聯(lián)電纜相比較，絕緣性能更高，發(fā)生故障停電影響范圍小，散熱良好，導(dǎo)流能力增強(qiáng)，與架空線路相比較，隱蔽美觀、抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)，利于沿線景觀化，被客運(yùn)專線鐵路電力及牽引供電工程大量采用。在已經(jīng)開通運(yùn)營(yíng)的合寧線、合武線、武廣客運(yùn)專線等鐵路中，動(dòng)靜態(tài)驗(yàn)收及開通運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)的問(wèn)題、故障和短路事故統(tǒng)計(jì)資料表明，因單芯電力電纜金屬護(hù)層接地方法不當(dāng)和電纜塑料絕緣護(hù)套損傷的事故約占30%～35%，本文著重就此現(xiàn)象剖析，提出建議和措施，以期提高后續(xù)工程的供電質(zhì)量。

1 故障現(xiàn)象

某線在聯(lián)調(diào)聯(lián)試、一年半的運(yùn)行期間，先后發(fā)生以下案例：①10 kV 綜合貫通電纜線路電纜頭在35#箱式變電站錐套插接頭處燃燒，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)供電配電所饋線開關(guān)三相短路跳閘；②10 kV 一級(jí)貫通線供電電纜在15#箱式變電站與16#箱式變電站之間的B 相電纜擊穿，進(jìn)而燒蝕其他A、C 相，造成相間短路，向其供電的電力配電所饋線開關(guān)跳閘；③27.5 kV 供電線電纜在隱蔽敷設(shè)的電纜水泥預(yù)制槽道內(nèi)擊穿，發(fā)生短路接地現(xiàn)象，牽引變電所饋線213#開關(guān)保護(hù)裝置跳閘。

2 原因分析

2.1 工程設(shè)計(jì)及施工方法

該線工程10 kV 電力供電系統(tǒng)為小電阻接地供電系統(tǒng)，綜合自動(dòng)化繼電保護(hù)單相接地報(bào)警不跳閘。電纜敷設(shè)全程路徑，不論直埋、槽道、支架、保護(hù)管中，大體可歸結(jié)為波浪形（俗名為蛇形敷設(shè)），橫斷面呈現(xiàn)出一字排列、品字形（又稱三角形）排列。單芯電纜的敷設(shè)及電纜頭的制作安裝，定長(zhǎng)生產(chǎn)由于電纜制造長(zhǎng)度、運(yùn)輸、施工條件所限，實(shí)際工程敷設(shè)時(shí)必然產(chǎn)生中間接頭，電纜接頭又因處所不同，分為戶內(nèi)外中間接頭，戶內(nèi)外終端接頭。根據(jù)現(xiàn)行電纜頭制作工藝，10 kV 電纜中間接頭屏蔽、鎧裝護(hù)層金屬網(wǎng)狀貫通不外引出，27.5 kV 電纜中間接頭屏蔽、鎧裝護(hù)層接地引線外引出接地，即2 種工藝制作技術(shù)，分別外引出接地線，集中連接于接地端子。現(xiàn)場(chǎng)查找，工程設(shè)計(jì)及施工方法并不是出現(xiàn)故障的直接原因。

2.2 護(hù)層感應(yīng)電壓分析

當(dāng)單芯電纜線芯通過(guò)電流時(shí)就會(huì)有磁力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，使其兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長(zhǎng)度和流過(guò)導(dǎo)體的電流、電纜長(zhǎng)度、電壓等級(jí)成正比，電纜很長(zhǎng)時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來(lái)可達(dá)到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過(guò)電壓或雷電沖擊時(shí)，形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。

10 kV 三相單芯電纜采用一字排開水平方式敷設(shè)時(shí)，電纜屏蔽、非磁性金屬鎧裝護(hù)層的感應(yīng)電壓為

10 kV 三相單芯電纜采用品字形方式敷設(shè)時(shí)，電纜屏蔽、非磁性金屬鎧裝護(hù)層的感應(yīng)電壓為

27.5 kV 電氣化鐵道專用單芯電纜，單相2/4根，兩相4/6 根平行敷設(shè)時(shí)，電纜屏蔽、非磁性金屬鎧裝護(hù)層的感應(yīng)電壓為

式（1）—（7）中，α = 4πf ln2×10-4，Ω/km；Y1= xm+ α；IB為導(dǎo)體電流，A；l 為兩電纜間距，mm；r 為電纜半徑，mm；感應(yīng)電壓?jiǎn)挝粸閂。

因此，單芯電纜只能一端直接接地，另一端裝上護(hù)層保護(hù)器接地，不應(yīng)兩端直接接地。或者通過(guò)交叉互聯(lián)方式接地。

采用同一條電纜兩端直接接地方式雖然可以免除懸浮感應(yīng)電壓的危害，但是，由于客運(yùn)專線鐵路電纜的敷設(shè)是沿鐵路線路并行，電纜兩端引出接地線通過(guò)綜合貫通地線或大地等形成環(huán)流，即，非磁性金屬鎧裝護(hù)層作為載流體，亦成為新的電流分支回流通道，對(duì)電纜不利，因此不允許采用該方式。

護(hù)層保護(hù)器按照使用安裝處所適配選用。電纜護(hù)層保護(hù)器一般安裝在GIS、AIS 開關(guān)柜、電纜對(duì)接箱、箱式變電站下方等處。

2.3 電纜屏蔽及金屬護(hù)層接地方式

為免除電纜屏蔽、鎧裝護(hù)層懸浮感應(yīng)電壓對(duì)電纜主絕緣和電力供電運(yùn)行維護(hù)人員的危害，根據(jù)電纜敷設(shè)長(zhǎng)度L 的不同，工程設(shè)計(jì)選用的接地方式也不同（見圖1）。

（1）L = 100 m 及以下如圖1 a 所示，屏蔽及金屬鎧裝護(hù)層首端直接接地，末端接地引線完全絕緣包纏綁扎固定。

（2）L = 101～500 m 如圖1 b 所示，屏蔽及金屬鎧裝護(hù)層首端直接接地，末端通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地。

（3）L = 500～1 000 m 如圖1 c 所示，屏蔽及金屬鎧裝護(hù)層在中間接頭處直接接地，首、末端頭處通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地。

（4）L = 1 001 m 及以上如圖1 d 所示，屏蔽及金屬鎧裝護(hù)層首端頭處通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地，在第一個(gè)中間接頭處直接接地，第二個(gè)中間接頭處通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地，在末端頭處直接接地。

圖1 電纜屏蔽及金屬護(hù)層接地方式示意圖

因此，一條完整電纜應(yīng)根據(jù)中間接頭的位置正確選用接地方式和接地引出線絕緣包纏進(jìn)行處理。電纜接頭處的接地引出線從電路上看是屏蔽、鎧裝護(hù)層的延伸，尤其是通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地的一段接地引出線，必須與電纜絕緣護(hù)套相同質(zhì)量的全絕緣包纏包扎，如絕緣包纏包扎不好，會(huì)造成升高的感應(yīng)電壓對(duì)電纜頭固定卡子等放電，累積燒蝕電纜頭主絕緣，又因電纜附件材料非阻燃，10 kV 綜合貫通電纜線路電纜頭在35#箱式變電站錐套插接頭處燃燒，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)供電配電所饋線開關(guān)三相短路跳閘一例，現(xiàn)場(chǎng)查看分析也證明了這一點(diǎn)。

2.4 電纜保護(hù)層損傷的危害分析

單芯電纜一到工地，常規(guī)外觀檢查和使用500 V 兆歐表檢測(cè)絕緣，非磁性金屬鎧裝層對(duì)地絕緣電阻≥0.5 MΩ，在一定條件下可對(duì)電纜非磁性金屬鎧裝層進(jìn)行直流10 kV 耐壓1 min 不擊穿的特殊檢查試驗(yàn)；敷設(shè)后送電前使用1 000 V 兆歐表檢測(cè)絕緣，非磁性金屬鎧裝層對(duì)地絕緣電阻應(yīng)≥0.5 MΩ；供電運(yùn)行后按照電業(yè)電纜線路檢修規(guī)程檢測(cè)。

絕緣護(hù)套損傷會(huì)將電纜置于不安全運(yùn)行工況下，即護(hù)套保護(hù)層絕緣受損，如，敷設(shè)過(guò)程及之后遇到下列情況之一時(shí)，刃刺刮劃剝削、托拽摩擦磨損、沖擊撞壓變形、火熱燒烤燙、冷凍皴裂、化學(xué)品腐蝕、雨水或長(zhǎng)期浸泡水中。在護(hù)層受損部位形成除人為一端電纜頭金屬鎧裝護(hù)層直接接地處之外的兩點(diǎn)以上接地回路，電纜屏蔽及非磁性金屬鎧裝護(hù)層中的感應(yīng)電壓沒有通過(guò)護(hù)層保護(hù)器而提前放電，燒損電纜主絕緣。其中某點(diǎn)的放電灼燒累積達(dá)到一定程度，電纜主絕緣破壞爆損，造成供電電纜線路短路事故。對(duì)案例②和③的分析得到印證。

一條電纜塑料外護(hù)套保護(hù)層，間隔幾米、幾十米、百米產(chǎn)生損傷或連續(xù)多處嚴(yán)重?fù)p傷，也就視為電纜缺少塑料外護(hù)套保護(hù)層，是絕對(duì)不能允許的現(xiàn)象。金屬裸鎧裝護(hù)套層上的感應(yīng)電壓＞36 V 安全電壓時(shí)，人畜觸碰會(huì)危及安全。

3 結(jié)論

（1）單芯電纜護(hù)層一端直接接地，另一端通過(guò)護(hù)層保護(hù)接地是可采用的接地方式，而護(hù)套兩端接地方式不常用，僅適用于極短電纜和小負(fù)載電纜線路。通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地的電纜頭接地引線須全絕緣包纏處理。

（2）保護(hù)單芯電纜塑料絕緣外護(hù)套不受損壞的預(yù)防性措施：精細(xì)勘察設(shè)計(jì)優(yōu)選電纜敷設(shè)路徑，避免交叉施工、爭(zhēng)取合理工期、創(chuàng)造有利電纜敷設(shè)環(huán)境，把握和優(yōu)化電纜敷設(shè)時(shí)機(jī)、方法，強(qiáng)化電纜敷設(shè)之后的成品保護(hù)。這些重要措施也是保證電纜線路供電安全的有效途徑。

（3）單芯電纜塑料絕緣外護(hù)套一旦損壞，應(yīng)視其整條電纜損傷程度，分別采取補(bǔ)救修復(fù)維護(hù)措施，在受損部位涂覆絕緣膠，冷縮包套絕緣管，包纏絕緣膠帶，損傷嚴(yán)重段落，裁換或局部更換新電纜。

[1] 李國(guó)征.電力電纜線路設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2] 陳家斌.接地技術(shù)與接地裝置[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[3] GB50150-2006 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] TB10008-2006 鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB50217-1994 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程[S].