10 kV单芯电力电缆烧损事故分析及防范措施

葛洪光，刘俊德

（国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000）

10 kV单芯电力电缆烧损事故分析及防范措施

葛洪光，刘俊德

（国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000）

在城市配电网络中，交联聚乙烯单芯电缆被广泛应用，用于重要电源侧及为重要设备供电的电缆一旦发生事故，造成的影响和损失很大，需要的修复时间也很长，因此保证电缆安全运行尤为重要。通过对一起单芯电力电缆烧损事故进行分析，从电缆的选型、敷设及电缆头的制作等方面提出了防止单芯电缆烧损的措施。

单芯电缆；烧损；选型；敷设；制作

1 事故经过

2014年1月20日下午16：00左右，某供电公司66 kV变电站1号变压器二次10 kV电力电缆C相严重烧损，烧损位置在铠甲和金属屏蔽接地线引出处，烧损长度约为10 cm，修复后空载运行15 min，发现B相电缆在相同位置也发生烧损现象，如图1所示。该变电站主要为矿山企业供电，电缆负荷电流在600 A左右，2根单芯电缆并列运行，型号分别为YJV22－8.7／10kV 1×240、YJV22－8.7／10kV 1×300，2008年5月投入运行。

图1 B相电缆损坏情况

2 原因分析

a.电流热效应

电缆负荷电流达600 A左右，负荷电流通过电缆时使导体发热，过高的温度会加速电缆绝缘老化，使其绝缘强度降低［1］。

b.电缆选型不当

电缆的金属护层为钢带铠装结构，当电缆中通过交流电时，线芯与金属护层可以看做变压器初级与次级的关系，线芯产生的磁力线与金属护层交联，在金属护层两端出现感应电压，在电缆钢带中产生涡流，引起电缆发热、绝缘老化，从而导致绝缘击穿［2］；2根电缆并列运行，其截面积不同，长度相同，因而截面积大者电阻小，承担的电流较大，且在2根电缆中形成环流，导致较粗电缆的绝缘老化现象更严重。

c.烧损部位场强过于集中

在制作电缆头时，头部弯曲半径较小，由于集肤效应导致烧损部位场强集中，同时试验研究也表明，在铠甲和金属屏蔽接地线引出处绝缘承受的电场强度为其余部位的10倍以上，所以两相电缆均在相同位置烧损［3］。

d.烧损部位金属导体接触电阻过大

铠甲与金属屏蔽焊接接地线为故障电流提供通路，由于焊接工艺不良，接头处电阻较大，发热较严重，这也是引起电缆烧损的原因之一。

通过以上分析可知，该电缆烧损是多种因素综合作用所致，其中长期大负荷运行、电缆选型不当及电缆头制作工艺不良为主要原因。

3 防范措施

3.1 合理确定载流量

单芯电缆的持续允许载流量是指在约定条件下单独敷设运行，线芯温度不超过按电缆使用寿命确定的温度值所允许通过的最大工作电流。约定条件是指在空气中敷设，运行环境温度为40℃；直埋敷设，运行土壤温度为25℃、土壤热阻系数为120℃·cm／W，但实际敷设条件和运行温度与约定条件会有差异［4］。在不同的敷设方式和运行环境中，必须按照相关规范要求进行校正。

a.环境温度差异

确定电缆的持续允许载流量应按照本地区气象温度多年最高温度平均值，计入实际环境温度，持续允许载流量环境温度确定方式如表1所示［5－6］。

表1 持续允许载流量环境温度确定

b.直埋时土壤热阻系数的影响

在土壤中直埋时，周围土壤吸收热量和传导热量的能力决定着电缆的温升率，即电缆温升率由土壤的性质特征和水分含量决定，因此引入表征环境热阻的土壤热阻系数［7］。电缆周围环境热阻系数越大，电缆的散热效果越差，持续允许载流量越小，不同土壤特征对热阻系数、载流量修正系数K1的影响如表2所示［5－6］。

表2 不同土壤特征对热阻系数、载流量修正系数K1的影响

c.电缆周围温度变化的影响

除根据土壤热阻系数选取载流量修正系数外，当电缆周围温度发生变化时，电缆的持续允许载流量也随之变化，周围温度越高，电缆持续允许载流量越小。不同土壤和空气温度下载流量修正系数K2如表3所示［5－6］。

表3 不同土壤和空气温度下载流量修正系数K2

d.多根电缆并列运行的影响

电缆并列运行时，产生的热量相对于单根运行时更难扩散，载流量较单根要小些，并列的根数越多则允许载流量越小，直埋时电缆并列运行载流量修正系数K3如表4所示［5－6］。

表4 直埋时电缆并列运行载流量修正系数K3

据以上分析，电缆的实际载流量I＝I0×K1×K2× K3（I0为约定条件下的单根允许载流量），在实际应用中还有其它因素需要考虑。

3.2 电缆电压等级的选择

电缆电压等级根据单相接地时系统中出现的最高电压的有效值确定。第1类，电压等级为6.0／10.0 kV、绝缘厚度为3.1 mm，用于单相接地时间每年累计不超过125 h的系统；第2类，电压等级为8.7／10.0 kV、绝缘厚度为4.5 mm，用于单相接地时间更长的系统及对电缆绝缘性能要求更高的场合。对于重要电源、发电机、出线等，在不确定的情况下建议采用第2类电压等级，增加投资不超过5%，但会使整个系统对过电压耐受程度有所提高。

3.3 单芯电缆的金属护层（铠甲与屏蔽）接地

a.金属护层两端同时接地运行

如果单芯电缆的金属护层两端同时接地运行，就会在金属护层中形成环流，其值可达线芯电流的50%～95%，使线芯和金属护层同时发热升温，不仅浪费了大量电能，而且减小了电缆的载流量，同时加速电缆绝缘老化，缩短电缆寿命，因此单芯电缆不应两端同时接地运行。

b.金属护层一端直接接地运行

如果仅将电缆的金属护层一端直接接地，另一端对地绝缘，按照GB 50217—2007《电力工程电缆设计规程》：“在正常运行时，单芯电缆线路的金属护层只有1点接地时，金属护层任1点的感应电压不应超过50～100 V”。因此，在电缆不长的情况下，可采用一端直接接地的方式。

c.金属护层一端接护层过电压保护器运行

在正常情况下，护层过电压保护器对地绝缘，相当于1个断开点，使金属护层中的电流不形成环流，当系统产生过电压，使金属护层的感应电压达到一定值时，保护器动作接地释放电流，保证电缆金属护层不产生过电压，外护套绝缘良好不击穿，以达到安全运行的要求。但在电缆较长或发生短路故障时，导体中有较大电流，可能会在金属护套上产生很高的感应电压［8］，危及护层绝缘，为保护电缆护层绝缘，应采用在一端加装护层过电压保护器，另一端直接接地的方式。

d.金属护层交叉互联运行

如果采取措施后，金属护层的感应电压仍大于100 V，应采取金属护层分段绝缘或绝缘后交叉互联的接线方式。

3.4 单芯电缆在地沟内的敷设要求

作为重要设备和供电电源的电缆最好单独敷设，不同回路在地沟内两侧支架的排列距离最好不小于1 m，为便于施工、检修和故障处理，地沟高度不小于1.5 m；相邻电缆在支架上的摆放距离应大于10 cm，电缆分层摆放时层与层之间距离不小于40 cm，防止发生事故时电缆放电燃烧将相邻电缆烧毁；室外地沟必须考虑雨季排水，排水坡度不小于5%，地沟内积水不能长时间浸泡电缆，水分会从护套的破损处进入，侵蚀护套、腐蚀金属护层，进而浸入交联绝缘，逐渐在绝缘内形成水树枝，在电压作用下进一步演变成电树枝，最后击穿绝缘。

3.5 改良电缆头的制作工艺

在电缆的终端头制作、铠甲层与屏蔽层接地线的焊接过程中要严格控制工艺要求，尽量减小焊接头电阻。另外，在电缆头制作时，应避免电缆头弯曲半径过小，形成集肤效应，从而使电场强度过高。

3.6 其它需要注意的事项

对于单芯电缆，为避免涡流效应，尽量不使用磁性材料铠装层或未经磁化处理的金属材料铠装层，应该考虑采用非磁性材料，如铜合金丝（带）、不锈钢丝（带）及铝合金丝（带）等；单芯电缆不允许单独穿过铁磁性管材，因此种管材会因管内线路不平衡而产生涡流效应，使管材温度升高，管内电缆的绝缘迅速老化甚至脱落。

4 结束语

电力电缆要求长期运行，因此对可靠性和使用寿命方面有较高要求。本文通过对一起单芯电力电缆烧损事故进行分析，从电缆选型、敷设及电缆头制作等方面提出了防止单芯电力电缆烧损的措施。此次事故经验表明，在施工时，相关人员必须严格按照产品的实用性和使用规范进行合理选型、正确设计和无缺陷施工，才能保证电缆可靠运行。

［1］姜小兵.XLPE电缆线芯温度计算方法研究［J］.东北电力技术，2014，35（3）：l－3.

［2］石 峰.交联聚乙烯电缆耐压试验方法［J］.东北电力技术，2010，31（1）：47－49.

［3］于立友，戚作秋，郝 崑.电缆火灾风险控制［J］.东北电力技术，2010，31（9）：50－52.

［4］凌伟平，徐蕴锋.电力电缆温度在线监测系统的开发与应用［J］.东北电力技术，2012，33（3）：4l－43.

［5］GB 50217—2007，电力工程电缆设计规范［S］.

［6］GB 50168—2006，电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范［S］.

［7］范 永.220 kV电缆受潮处理［J］.东北电力技术，2009，30（11）：31－33.

［8］于景丰，赵 峰.电力电缆实用技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.

Analysis and Preventive Measures on Burning Accident of 10 kV Single⁃core Cable

GE Hong⁃guang，LIU Jun⁃de

（State Grid Liaoyang Electric Power Supply Company，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

Single⁃core XLPE cables are the most widely used in urban power distribution networks.Ensuring safety operation of cable is very important because the damage and the losses are very great caused by accidents of power supply side and cable，as well as re⁃pair time is long.From power cable selection，installation and cable head production，this paper presents the measures to prevent burn⁃ing loss of single⁃core XLPE cables through analyzing a burning accident.

Single⁃core cable；Burning loss；Type selection；Laying；Production

TM247

A

1004－7913（2015）09－0047－03

葛洪光（1972—），男，学士，工程师，主要从事电气试验和带电检测工作。

2015－06－22）