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(guān)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(jìn)而破壞另一相主絕緣引起兩相對地短路導(dǎo)致開關(guān)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(hù)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(dǎo)致屏蔽層內(nèi)產(chǎn)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(guān)柜不直接跳閘，此處接地故障又破壞其他相絕緣性能，導(dǎo)致相間并對地故障，進(jìn)而開關(guān)跳閘。

2 單芯電纜銅屏蔽層感應(yīng)電壓的危害及其計算公式

2.1 單芯電纜銅屏蔽層感應(yīng)電壓的危害

根據(jù)電力安全規(guī)程規(guī)定，電氣設(shè)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(yīng)電壓，所以兩端接地后，不會有感應(yīng)電流流過金屬屏蔽層。而一旦由于負(fù)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(yīng)電壓，此電壓大小與電纜線路長度及負(fù)荷電流大小成正比。如果電纜很長則感應(yīng)電壓會達(dá)到危及人身安全的程度。按GB 50217-1994《電力工程電纜設(shè)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(yīng)電壓不應(yīng)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(yīng)大于50 V），因此有效的降低金屬屏蔽層感應(yīng)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(yīng)電壓計算公式

金屬屏蔽層感應(yīng)電壓計算公式見表1。

表1 感應(yīng)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(yīng)電壓為排列方式1邊相感應(yīng)電壓的倍。

3 單芯電纜銅屏蔽層內(nèi)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(nèi)環(huán)流的危害

當(dāng)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(yīng)過電壓，此過電壓可能擊穿電纜護(hù)套絕緣，出現(xiàn)金屬屏蔽層多點接地，此時金屬屏蔽層內(nèi)必然會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達(dá)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(chǎn)生嚴(yán)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(nèi)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(yīng)電壓，這種較高的感應(yīng)電壓是護(hù)套絕緣所不能承受的，它對護(hù)套絕緣的破壞導(dǎo)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(hù)護(hù)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(yīng)按照具體線路的負(fù)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(fù)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(hù)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(shè)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(shè)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(hù)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(dāng)上面三種接地連接方式仍無法滿足屏蔽層感應(yīng)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(yīng)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(yīng)對措施。

（1）電纜鋪設(shè)設(shè)計及施工應(yīng)根據(jù)線路負(fù)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(yīng)采用正三角形排列，電纜間距應(yīng)盡量??；多根單芯電纜并聯(lián)且采用一字排列時應(yīng)盡可能采用感應(yīng)電壓計算公式表中4、6、8種排列方式；電纜鋪設(shè)施放時應(yīng)注意護(hù)套受力情況，避免由于護(hù)套過渡拉伸，運行期間出現(xiàn)的中間接頭處護(hù)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(hù)套絕緣進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的周期對電纜進(jìn)行測溫，重點關(guān)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(yīng)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(hù)套與支架角鋼搭接處有可能存在磨損，為避免護(hù)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(yīng)對金屬屏蔽層對地?fù)u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(yīng)電壓在安全范圍內(nèi)，同時要求避免出現(xiàn)環(huán)流，而保護(hù)器的安裝只能控制感應(yīng)電壓在安全范圍內(nèi)，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(shè)方式和鋪設(shè)環(huán)境復(fù)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(dǎo)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(jì)損失。因此，建議資金條件允許的情況下對重要負(fù)荷單芯電纜加裝在線故障判斷裝置，通過技術(shù)手段及時發(fā)現(xiàn)屏蔽層出現(xiàn)多點接地位置，通知維護(hù)人員排除故障。

5 結(jié)語

通過以上對10 kV單芯電纜鋪設(shè)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(shù)[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(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（1）.