1、論文之十四：從110KV鐘霞線電纜故障看單芯電纜護(hù)層絕緣的重要性廈門(mén)電業(yè)局 嚴(yán)有祥摘要：因單芯電纜金屬護(hù)層與芯線中交流電流產(chǎn)生的磁力線相鉸鏈，使其兩端出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，因此要求護(hù)層有良好的絕緣，同時(shí)要求電纜金屬護(hù)套接地可靠。本文從分析一例電纜故障入手，論證了電纜護(hù)層絕緣的重要性并提出了加強(qiáng)電纜護(hù)層絕緣監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段和管理手段。關(guān)鍵詞：電纜故障 護(hù)層絕緣 單芯電纜一、 事件經(jīng)過(guò) 2007年11月17日12時(shí)許，廈門(mén)電業(yè)局送電部接到調(diào)度所通訊維護(hù)人員通知，在110KV鐘霞線#15-#16聯(lián)絡(luò)電纜#3工井內(nèi)110KV電纜冒煙著火。送電部立即派人趕往現(xiàn)場(chǎng)查看，發(fā)現(xiàn)10KV鐘霞線#15-#16聯(lián)絡(luò)電纜

2、A相在#3工井內(nèi)（#16號(hào)桿側(cè)）靠近管口處已經(jīng)著火并發(fā)出很大的嗡嗡聲，確認(rèn)該電纜存在緊急缺陷，要求將110KV鐘霞線線路轉(zhuǎn)熱備用，12：40線路轉(zhuǎn)熱備用后，嗡嗡聲立即消失，現(xiàn)場(chǎng)人員迅速撲滅明火。仔細(xì)觀察電纜燒傷情況，發(fā)現(xiàn)外護(hù)層燒毀約30厘米，熔化的PE護(hù)套滴落到位于正下方的通訊光纖上，將光纖熔斷。如圖1和圖2所示。圖1 起火冒煙工井 圖2 電纜故障點(diǎn) 檢查還發(fā)現(xiàn)該電纜線路回流線被盜割、#15塔桿塔上護(hù)層保護(hù)接地箱被盜，#16桿塔A相電纜護(hù)層直接接地電纜（銅單芯185平方毫米，約3米長(zhǎng)）在電纜接地端被拆開(kāi)，拆開(kāi)點(diǎn)有明顯放電痕跡。如下圖3和圖4所示。圖3 被盜回流線 圖4 拆開(kāi)點(diǎn)放電痕跡 由于無(wú)法

3、判斷電纜絕緣是否損傷，加上燒傷點(diǎn)在排管內(nèi)，修復(fù)困難，經(jīng)研究，決定在工井內(nèi)將電纜鋸斷，利用#16桿下的余線做一個(gè)中間接頭。二、 故障原因分析 110kV及以上電纜主要是單芯電纜。因單芯電纜金屬護(hù)層與芯線中交流電流產(chǎn)生的磁力線相鉸鏈，使其兩端出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，故需采取合適的接地措施，使感應(yīng)電壓處在安全電壓范圍內(nèi)（通常不超過(guò)50V，有安全措施時(shí)不超過(guò)100V）。通常短線路單芯電纜的金屬護(hù)層采用一端直接接地和另一端經(jīng)間隙或保護(hù)電阻接地的方式；長(zhǎng)線路單芯電纜金屬護(hù)層則采用三相分段交叉互聯(lián)兩端接地的方式。 鐘霞線#15-#16聯(lián)絡(luò)電纜全長(zhǎng)385米，電纜金屬護(hù)套采用單端接地系統(tǒng)，即#15塔側(cè)采用經(jīng)護(hù)層保護(hù)

4、器接地，#16塔側(cè)采用直接接地。接地系統(tǒng)如圖5所示： #16塔 #15塔圖5 接地系統(tǒng)示意圖等值電路如圖6所示圖6 感應(yīng)電壓等值電路圖6中E1、E2、E3分別為三相電纜芯線電流在A、B、C三相金屬護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，E1/、E2/、E3/ 分別為三相電纜護(hù)層上的環(huán)流s1、s2、S3在A、B、C三相金屬護(hù)層上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，R1、R2為電纜護(hù)層兩端接地電阻，Re為大地的漏電阻，R為金屬護(hù)層的電阻，X為金屬護(hù)層的自感抗。對(duì)于圖4-4，假設(shè)電纜線路長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其電壓方程為：其中R=Rsn，Rs為單位長(zhǎng)度電纜金屬護(hù)層的電阻；Rc=Rgn，Rg為單位長(zhǎng)度的大地的漏電阻；X=2(2Dc/Ds),Dc為金屬

5、護(hù)層以大地為回路時(shí)回路等值深度；Ds為金屬護(hù)層的直徑；X1=2ln(Dc/S)為單位長(zhǎng)度中相和邊相金屬護(hù)層的互感抗；X2=2ln(Dc/2S)為單位長(zhǎng)度邊相與邊相金屬護(hù)層的互感抗；Es1、Es2、Es3分別為三相金屬護(hù)層上單位長(zhǎng)度的感應(yīng)電勢(shì)。因電纜是平行敷設(shè)且金屬護(hù)層是不交叉兩端接地，故有如下感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算公式：在#15塔金屬護(hù)套接地點(diǎn)被解開(kāi)后，此時(shí)，金屬護(hù)套感應(yīng)電壓按電容分布，對(duì)地電位升高，經(jīng)理論計(jì)算，大約升高到7.27KV。在此電壓作用下，護(hù)套薄弱點(diǎn)擊穿放電，放電的火花引燃外護(hù)套，外護(hù)套起火燃燒。詳細(xì)計(jì)算過(guò)程如下：1、電纜的有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸YJLW03 1×400mm2 64/110k

6、V序號(hào)電纜結(jié)構(gòu)厚度（mm）外徑（mm）銅導(dǎo)體24半導(dǎo)電尼龍帶導(dǎo)體屏蔽XLPE絕緣60絕緣屏蔽半導(dǎo)電緩沖阻水帶皺紋鋁護(hù)套2.880防蟻高密度聚乙烯外護(hù)套45902、計(jì)算過(guò)程C1=20r/ln(R/rc)C2=20r/ln(RE/rE)上式中，C1 是電纜線芯對(duì)金屬護(hù)套電容，C2是電纜金屬護(hù)套對(duì)地電容R是絕緣層外半徑，30mmrc是導(dǎo)體線芯半徑,12mmmRE是外護(hù)層外半徑,45mmrE是金屬護(hù)套外半徑,40mm0是真空介電常數(shù)，取8.85*10-12(F/M)r是相對(duì)介電常數(shù)，對(duì)于XLPE和PE均取2.3將上述數(shù)據(jù)代入計(jì)算得C1=20r/ln(R/rc)=2*3.14*8.85*10-12*2.

7、3/ ln(30/12)=1.39*10-10(F/M)C2=20r/ln(RE/rE)= 2*3.14*8.85*10-12*2.3/ ln(45/40)=10.85*10-10(F/M)設(shè)相電壓為U,作用在電纜線芯與金屬護(hù)套之間的電壓為U1,作用在金屬護(hù)套與地之間的電壓為U2則U1+ U2=UU1/ U2= C2/ C1=10.85/1.39=7.87.8 U2+ U2=U U2=U/8.8=64/8.8=7.27(KV)所以當(dāng)電纜金屬護(hù)套懸空時(shí),作用在電纜外護(hù)套上的電壓高達(dá)7.27KV，很容易造成外護(hù)套擊穿。三、 防范措施1、加大對(duì)破壞電力設(shè)施行為的打擊力度。自9月6日以來(lái)，我局先后發(fā)生

8、110kV錦灌線#28塔、李灌線#3、塔安郭線#8塔、110kV鐘石II回#1塔、110kV京貞I、II回#1塔、鐘京I、II回#13塔和鐘霞線#15、#16塔、杏霞線#38塔等十個(gè)回路110KV電纜附屬設(shè)施被盜，造成直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬(wàn)元，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全。從犯罪分子作案手段上看，這伙人熟悉電力設(shè)備特點(diǎn)，有一定專業(yè)技術(shù)知識(shí)，專檢低電位有價(jià)值的銅芯電纜作為盜竊對(duì)象。有較好的高空作業(yè)技能，能熟練攀爬各類鐵塔。建議與公安部門(mén)聯(lián)合，在海滄一帶伏擊布控，爭(zhēng)取抓獲犯罪分子，打擊他們的囂張氣焰。2、從技術(shù)上防止電力設(shè)施被盜。一是盡量縮短各種接地引下線的長(zhǎng)度，對(duì)于安裝在戶外的護(hù)層保護(hù)接地裝置，今后不再設(shè)計(jì)一個(gè)

9、接地箱而是直接使用戶外型護(hù)層保護(hù)器。減少犯罪分子偷盜接地引下線和接地箱的欲望。二是對(duì)工井采取防盜措施，防止小偷進(jìn)入工井做案。對(duì)只有回流線的、無(wú)中間接頭的工井采取用水泥把井蓋封起來(lái)的措施，個(gè)別地段可以嘗試采取使用防盜井蓋的措施。三是在有條件的地方安裝護(hù)層絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜金屬護(hù)層循環(huán)電流、運(yùn)行電流和電纜表面溫度，并以GPRS通訊方式將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器，監(jiān)控軟件永久的保存數(shù)據(jù)，通過(guò)繪制各種參數(shù)的變化趨勢(shì)波形圖、記錄數(shù)據(jù)表等方法向用戶提供分析前提，并采用獨(dú)特的判據(jù)判斷電纜絕緣情況是否良好，若某個(gè)運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)故障時(shí)可將故障信息以GSM短信方式發(fā)送給用戶，從根本上避免了電纜事故的

10、發(fā)生，保證電纜安全、可靠的運(yùn)行。3、加強(qiáng)電纜工程全過(guò)程管理，確保新投運(yùn)的電纜有良好的護(hù)層絕緣水平。要繼續(xù)通過(guò)招投標(biāo)等競(jìng)爭(zhēng)性手段采購(gòu)到質(zhì)量?jī)?yōu)良，價(jià)格合理的電纜。要加強(qiáng)工程施工各環(huán)節(jié)管理，電纜敷設(shè)完成后，做護(hù)層絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)，要有監(jiān)理人員在場(chǎng)，測(cè)量出的數(shù)據(jù)要監(jiān)理人員簽字認(rèn)可。中間接頭制作前，電纜敷設(shè)人員要向中間接頭制作人員出示測(cè)量數(shù)據(jù)，若中間接頭安裝人員有異議應(yīng)當(dāng)場(chǎng)試驗(yàn)，否則視為接受該結(jié)果，再出現(xiàn)護(hù)層絕緣電阻值低就由中間接頭制作人員處理。要細(xì)化驗(yàn)收細(xì)則，適當(dāng)提高電纜護(hù)層竣工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定竣工實(shí)驗(yàn)時(shí)，外護(hù)套必須打10KV直流電壓5分鐘。對(duì)于護(hù)層絕緣電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值的，要找出原因并加以解決。四、結(jié)論 高壓電纜線路是電網(wǎng)重要組成部分，確保電纜線路安全運(yùn)行是電網(wǎng)企業(yè)重要職責(zé)。保持電纜金屬護(hù)套接地系統(tǒng)的完整性對(duì)電纜安全運(yùn)行十分重要，因此要加強(qiáng)電纜專業(yè)的全過(guò)程管理，確保新 的電纜具有良好的護(hù)層絕緣。要加大對(duì)破壞電力設(shè)施犯罪行為的打擊力度，打擊他們的囂張氣焰，要加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理，要利用先進(jìn)的技術(shù)手段監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行情況，防范事故于未然。參考文獻(xiàn)：1 GB50217-1994電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程2 鄭肇驥，王琨明. 高壓電纜線路M. 北京：水利電力出版社，19833 劉子玉，王惠明. 電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理M. 西安：西安交通大學(xué)出版社，19954 賈欣，曹曉瓏，喻明. 單芯電纜計(jì)