一起10 kV电力电缆故障成因分析与处理

亓富军，赵福强，纪祥贞，张云飞

（国网山东省电力公司临沂供电公司，山东临沂276003）

一起10 kV电力电缆故障成因分析与处理

亓富军，赵福强，纪祥贞，张云飞

（国网山东省电力公司临沂供电公司，山东临沂276003）

以一起10kV电力电缆故障为例，详细分析故障的形成原理与成因，深入研究了电缆金属护层从单点接地逐渐发展为两点接地的机理、危害及其两条电缆线路形成相间短路的过程，提出了解决方法和整改措施。

小电流接地系统；两点接地；电缆故障；相间短路

0 引言

在小电流接地配电网中，最常见的故障是单相接地故障，随着电缆线路的普及和应用，系统接地电容电流越来越大，发生单相接地时，会产生熄灭和重燃交替的间歇性不稳定电弧，并在健全相以及故障相中产生很高的过电压［1］，将波及整个系统，扩大事故，给配电网的安全运行造成极大挑战。以一起系统间歇性接地故障引起的电缆线路相间短路为例，对小电流接地系统中电缆接地故障问题进行分析探讨。

1 电缆线路现场情况

九曲站10 kV九曲六线、10 kV九曲七线的主线均为纯电缆线路，单芯铝绞线，型号YJLV-1×500，其中九曲六线主线长1.5 km，九曲七线主线长2 km，由九曲供电所于2006年施工并投运。该两条线路自九曲站向东出线，沿电缆沟敷设，其中前800 m与10 kV九曲五线、10 kV九曲八线同沟敷设，故障点出现在变电站向东700 m电缆沟内，线路连接如图1所示。

图1 线路接线示意

2014-04-01T17∶02九曲站10 kVⅠ母线B相发生接地，故障相相电压值在0.7～2.3 kV间忽高忽低不规则变化，故障象征显示系统发生间歇性接地短路。17∶13九曲站10 kV九曲七线11开关、10 kV九曲六线10开关过流一段跳闸。经变电运维人员现场检查10 kV九曲六线故障相别为B相，故障电流7 4.6 A，10 kV九曲七线故障相别为A相，故障电流62.5 A，站内设备检查均无异常。18∶28配电检修人员现场检查发现故障电缆敷设于同一电缆沟内，且故障击穿点在电缆沟内相同位置的同根角铁支架上，九曲六线B相接地处电缆烧蚀，造成九曲七线A相绝缘同时击穿，形成两条线路相间接地短路而同时跳闸。其中10 kV九曲六线2号环网柜进线电缆头在线路短路故障时同时击穿，造成严重烧伤。21∶05九曲站10 kV九曲七线、10 kV九曲六线均转为线路检修，由配电检修人员进行紧急抢修。2014-04-02T 06∶13九曲站10 kV九曲六线、10 kV九曲七线线路抢修工作结束，故障线路恢复正常送电。

2 电缆故障形成分析

2.1 电缆金属外护层接地作用

电力电缆在交流电压下运行，线芯中通过交流电流会产生交变磁场，将在金属外护层和铠装层上产生感应电动势。

对于单芯高压电力电缆，感应电压可能达到很大的数值，尤其在短路情况下，产生的感应电压不仅会危及人身安全，更有可能击穿金属护套的外护层。绝缘层和金属护层的电流主要有3种：1）电缆金属护层与大地可靠接地，与大地形成回路，因此随着感应电压的产生，相应的产生感应电流；2）电缆金属外护层和铠装层间的感应电动势因电缆位置的差异而产生不同的感应电动势数值，这样，会在外护层和铠装层间产生涡流；3）电缆正常运行时，根据电缆的电容效应，电缆的线芯相当于电容的正极，而金属外护层就相当于电容器的负极，交变的电场会在绝缘层中产生泄漏电流，即电容电流。

电缆敷设时要求电缆金属护层存在单点或交叉互联可靠接地。在电缆较短时，若两端接地将会导致在单芯电缆外护层形成环流，因而应在电缆头一端接地［2］，这样外护层与大地就形成了电流通路，3种电流都得到有效的传递，其结构原理如图2所示。

图2 电缆金属护层电流传递

对于具有公共金属外护层的三芯电缆，因线芯通过的三相电流的相量和为零［3］，在公共的金属外护层中的感应电压相量和亦为零。因此正常运行时，电缆金属外护层中流过的电流是泄露电流。

当电缆对金属护套或屏蔽发生短路时，短路电流可通过回路流入大地。电缆线芯绝缘损伤后发生相间短路发展至接地故障时，故障电流可通过接地线流入地中。电缆中的不平衡电流引起的感应电压通过接地线与大地形成短路，防止电缆对接地支架存在电位差而放电闪络［4］。

2.2 九曲站出线电缆故障成因

事故发生后，经调查九曲六线、九曲七线2013年单芯电缆排查治理中已一端接地。但在1号环网柜距离2号环网柜100 m处、九曲六线B相电缆被电缆沟角铁支架磨损，造成电缆外护层被角铁支架刺穿。电缆受伤处发热，绝缘破坏程度逐渐发展，产生放电对九曲六线的B相电缆金属护层与大地形成了新的接地点，这样就导致了一根很短的电缆其金属外护层同时有两个可靠的接地点。由于单芯电缆金属外护层感应电压的存在以及两个接地点的同时存在，从而导致了两接地点间的压差，进而导致了两接地点间环流的产生，而电缆金属外护层的电阻会导致电缆受伤处绝缘的温升，这种非正常状态的长时间运行势必会造成电缆绝缘层的老化，最终造成10 kV九曲六线单相接地故障的发生，故障形成原理如图3所示［5］。

图3 电缆两点接地涡流示意

九曲站10 kV九曲六线、九曲七线开关CT均为完全星形接线方式，且均装设有三段式过流保护。因线路全为电缆线路，线路重合闸均已通过外压板退出运行。根据故障时电压变化的特征可以判断出，九曲六线B相电缆绝缘击穿过程中，产生了间歇性弧光接地，产生的电弧对九曲七线A相电缆形成烧伤从而造成绝缘击穿，九曲六线B相和九曲七线A相相继发生接地，造成两条线路形成异线路异相相间接地短路故障，从而使两条线路过流保护同时动作跳闸，其原理图如图4所示。

图4 九曲站10 kV电缆线路两点接地短路示意

3 防范措施

加强对电缆接地系统的监测与维护，严格按有关规范进行预防性试验。例如针对单芯电缆头接地进行排查，消除电缆头两端接地情况；对电缆头接地电流进行检测，对超出标准值的采取降阻措施。

对电缆敷设环境进行定期检查，排除各种潜在的不安全因素。例如针对电缆沟内角铁支架采取安全防护措施，可在电缆外护层外加包一层塑料护层，防止角铁构架对电缆外护层产生损伤。

电缆线路及其附属设备的接地均以工作接地为主，其接地电阻的大小能直观地反映电缆接地系统的正常与否，可通过接地电阻测试来判断、排除电缆线路接地系统缺陷。

电缆线路的运行要严格遵照电力电缆规程规定，变电站范围外的电缆接地装置应按规程进行定期开挖并检查其接地网的腐蚀情况。

4 结语

通过分析得出10 kV电力电缆金属护层两点近距离接地形成环流导致电缆局部温升是本次电缆故障形成的原因，提出改进和预防措施，为小电流接地系统中避免电缆发生类似故障提供了依据。通过对临沂配电网采取整改防范措施，取得了良好的运行效果，保证了配电网的安全稳定运行。

［1］DL/T 620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］.

［2］欧景茹，祁树文，杨世春，等.高压单芯电缆线路金属护套接地方式［J］.吉林电力，2005（2）：19-21.

［3］熊信银，张步涵.电力系统工程基础［M］.武汉：华中科技大学出版社，2002.

［4］毕成立，刘瑞平.电力电缆接地存在的问题与应注意事项［J］，供用电，2004，21（3）：44-46.

［5］卓金玉.电力电缆设计原理［M］.北京：机械工业出版社，1998.

Cause Analysis and Corrective Measures of a 10 kV Power Cable Fault

QI Fujun，ZHAO Fuqiang，JI Xiangzhen，ZHANG Yunfei
（State Grid Linyi Power Supply Company，Linyi 276003，China）

Taking a 10kV power cable fault as an example，the formation principle and causes of the fault are analyzed in detail.The study is carried out on the principle that the cable metal sheath layer gradually develops from single point grounding to two points grounding.The research is also undertaken on the formation process of interphase short circuit of two power cable lines.Corrective measures are proposed.

small current grounding system；two points grounding；cable fault；interphase short circuit

TM247

B

1007－9904（2015）02－0054－03

2014-08-09

亓富军（1970），男，高级工程师、高级技师，主要研究方向为电网通信调度等。