文献标识码院A
doi院10.3969/j.issn.1003-8493.2019.08.024
1故障现象1.1025支路电缆型号规格为院YJV62-8.7/15kV该组电缆在支架上的排列成正三角形渊品字型冤故障回路概况-9渊1伊300mm2冤袁线路敷设数据如表1所示遥排列袁电缆敷设方式如图1所示袁厂区供电系统图如图2所示遥该支路电缆接地采用的是送电端单端直接接地袁另外一端悬空方式袁即直接接地端在分厂房配电室进线配电柜端袁悬空端在厂区总变电站出线配电柜端遥该支路系统采用的是中性点不接地方式渊即小电流接地系统冤遥该接地方式当一相发生接地短路故障后袁电压可以降低为零袁另外两相对地电压会升高至根据电力安全规程规定袁电气设备非带电的金属外壳都需要接地袁因此电缆金属屏蔽层都要接地遥在工程中袁电力供电一般采用三芯等普通电力电缆供电袁这种电缆在制造时电缆线芯已经成野品字冶排列袁屏蔽层多采用两端接地的方式袁三芯电缆的负载保持平衡时袁三相电流向量的总和是零袁每根电缆电作者信息于峰袁尹丹袁姚江华袁刘晶袁
男袁男袁女袁男袁
四川省工业设备安装集团有限公司袁四川省工业设备安装集团有限公司袁四川省工业设备安装集团有限公司袁四川省工业设备安装集团有限公司袁
高级工程师袁市场合约部副部长遥高级工程师袁BIM中心副主任遥工程师遥工程师遥
并联单芯中压电力电缆相间短路故障案例解析渊于峰尹丹姚江华刘晶冤111559http://www.jzdq.net.cn誖
2019年第8期BUILDING
ELECTRICITY
表1线路敷设数据Tab.1Cablelayingdata回路线路编号用途025中压供电线路方向起点厂区总变电站出线柜终点厂房配电室进线柜线路电压/V10kV线路规格型号截面及根数电缆总长度渊m冤/mm2/单根长度渊m冤5850/650相正三角形渊品字型冤敷设为1组冤袁即分别为A1尧B1尧C1袁其中B1导体有明显烧熔尧断口齐整现象袁A1尧C1有烧熔尧断口相对齐整迹象遥2根烧熔已裸露导体分别为B2尧B3袁其中B2导体一侧出现半圆形烧熔缺口袁B3仅导体外材料烧毁袁铜导体完好遥4根护套不同程度灼伤的电缆分别为A2尧A3尧C2尧C3袁其中A2尧A3灼伤稍严重袁有轻微碳化袁C2尧C3相比灼伤程度较轻遥事故现场图如图3所示遥通过现场勘查发现袁025支路电缆在隧道内袁尼龙绑扎带蹦断袁且部分电缆从电缆钢支架渊高1.2m冤上位移至电缆隧道底部袁且A1尧C1电缆断裂面相对齐整遥电缆在电缆隧道中有一段120m长的电缆被破坏袁未按A尧B尧C为一组成正三角形渊品字型冤布置曰电缆隧道中袁有一部分积水袁致使隧道湿度很大遥对爆炸电缆断口处进行解剖时袁发现钢带铠装出现尖端袁电缆头解剖袁电缆非磁性铠带接地袁屏蔽层铜带没接地遥电缆头外护套有变形尧变色老化迹象袁如图4所示遥故障发生后用1000V绝缘测试仪测试025支路每根电缆铠装钢带对地绝缘袁B1相绝缘电阻为0.9M赘袁其余绝缘电阻均为30M赘袁说明B1相电缆存在多点接地等接地故障袁其余电缆的绝缘正常遥敷设环境院变电站电缆夹层桥架2伊2.4m袁电缆主隧道钢支架1.2伊1.3m袁电缆支隧道钢支架袁配电站电缆夹层钢支架遥YJV62-8.79渊1伊300冤/15kV图1电缆敷设方式Fig.1Cablelayingmode
图2厂区供电系统图
Fig.2Plantpowersupplysystem
线电压遥1.22018年10月30日14时28分袁厂区总变配电故障现场情况站到厂房配电总站编号025支路发生了B相接地故障报警袁6min后发生了相间短路故障遥该支路电缆型号规格为院YJV62-8.7/15kV-3渊1伊300mm2冤袁输电方式采用的是3根单芯电缆并联作为一相袁共9根电缆遥故障发生地点在厂房配电总站电缆夹层内袁故障发生点距离厂房配电总站中压配电柜约12m遥此次故障现场情况为3根电缆直接断裂袁紧挨的2根电缆有约20cm长度的护层材料全部烧毁袁导体裸露曰距离断裂电缆稍远的4根电缆护套出现不同程度灼伤尧碳化现象遥3根断裂电缆为一组电缆渊三112560Aug.20192事故数据分析根据录波器的数据袁初步分析显示在2018年10月30日14时28分B相出现接地故障报警袁录波器显示B相电压为0.326kV袁A尧C相电压升至10.027kV图3事故现场图片Fig.3Accidentscene
图4电缆头绝缘老化Fig.4Cableendinsulationageing
http://www.jzdq.net.cnVol.38No.8和10.034kV遥录波器波形图显示2018年10月30日14均为时194.34分6V38袁秒240出ms现了后BCA相相电间压短也路降袁为B194.尧C6相V电袁压在渊655ms时该支路保护侧跳闸启动袁动作电流49.36A发一生次了电流为接地短19.路故766障kA遥接冤遥地数故据障表明电弧袁能B1量相使在单故相障接点地故障将与其捆扎在一起的A1尧C1相电缆护套尧铠装尧铜带尧绝缘材料烧损同时瞬间转化为相间短路袁在相间短路处产生更大的电弧放电和高温袁造成其周围电缆护套层不同程度灼伤袁相间短路产生的冲击电流袁使部分电缆间产生非常大的电动力袁导致隧道内故障点附近的电缆发生较大空间移位遥根据对施工工艺尧过程追溯等资料的汇总袁现场电缆敷设勘察情况以及对爆炸后电缆的预防性试验袁进行综合分析袁有以下情况遥2.1电缆短路故障点现象分析对爆炸电缆断口处进行解剖袁发现钢带铠装出现尖端毛刺袁由外向里形变可能损伤屏蔽或绝缘遥出现电缆非磁性铠装钢带出现尖端毛刺或许是野在电缆制作尧运输或施工中所致冶咱1暂时间袁上述原因可以排除遥袁该由电于缆电在缆隧已道经中进行运行两双年侧敷设袁每侧11层袁几十个回路袁施工过程前后交叉袁重叠遥从勘察的事故现场情况看院025支路电缆有120组布m置未袁按电A缆尧在电B尧缆C为支一架组上成不同正三组角有交形叉渊品尧字散型落冤袁分破坏了原每一组按正三角形渊品字型冤敷设共3组的安装方式遥该回路电缆敷设完成后袁后续人员进入电缆隧道进行施工袁野蛮施工造成电缆的二次伤害袁极可能导致已经安装好的电缆发生电缆刮伤尧撞击损伤尧电缆扭转拉伤钢带使钢带产生尖端毛刺袁导致多点接地等接地故障遥B1相0.9M赘绝缘电阻值可以说明袁已造成电缆铠装钢带护层多点接地等接地故障遥电缆多点接地是指铠装钢带除接地端接地还有其它点的接地袁形成多点接地一般是电缆护套损伤使得钢带与电缆金属支架或桥架接触遥单芯电缆的铠装钢带存在感应电压袁多点接地后会由于闭合回路的形成袁在铠装层内形成环流袁环流造成钢带发热袁最终热效应积累使内护套尧绝缘层的绝缘性能下降袁在薄弱点形成铜带与钢带之间的放电袁当热效应不断积累袁造成绝缘老化电性能下降袁形成相对地的短路接地故障遥2.2三相正三角形渊品字型冤排列感应电压计算常规的排列方式有8种袁现就水平排列和正三角形渊品字型冤排列的感应电压进行计算遥a.U三相水平姨排x列2的计算公式为院Us1=Us3x=ILs+xsxm+xm
2渊式中院s2U=s1IL尧Us
s2尧Us3要要要单感位应电长压度袁电V缆金渊12冤冤/m曰属屏蔽层I要要要电缆工作电流袁A曰L要要要电缆单相长度袁m曰xs要要要电伊10抗袁-7赘x1/=mx曰3=xs=2棕ln渊2S/Ds冤xb.m要要要电抗系数袁xm=2棕ln2伊10-7赘/m为遥U电缆正三角形院Xs=U1=U2=U3=I渊伊品棕S字型冤排列的计算公式s=X1=X2=X3=21n渊2S/Ds冤伊10-7
渊渊34冤冤式中院Us要要要单位V/长m度曰电缆金属屏蔽层感应电压袁S要要要电缆中心轴间距离袁mm曰Dc.sU=每要要要U根电屏缆蔽渊层全外长径冤袁的mm感应遥电压院式中院U要要要sL渊5冤电缆金属屏蔽层感应电压袁V遥渊025支路电缆型号规格为院YJV62-8.7/15kV-3蔽1层伊300外径mm233.冤袁1mm3组尧共PVC9根护袁套其电厚度缆2.外3径mm43袁mm正尧三屏角形渊品字型冤为1组袁3组水平排列袁组间水平间距非常小袁按150mm计算遥单相长度约为650m袁负荷电流按照此路段的最大运行电流570A计算遥按照上述公式计算院Xs=21n仔渊f2S咱/Ds冤10-7
=2伊2U正s三=I角伊形Xs=渊品570伊ln10渊2-5伊字伊型5.赘43冤995/m/33.1冤暂伊10-7=5.9955敷设的5伊10-5650=m0.电034缆的17感V应电压为院U=L伊U计算得出s袁=正650常伊运0.行034时的电17=缆22屏V蔽层最大工频感并联单芯中压电力电缆相间短路故障案例解析渊于峰http:尹丹//www.姚江华jzdq.net.刘晶cn冤113561誖
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ELECTRICITY
应电压为22V遥从公式及运算可以看出袁三相电缆并排排列感应电压是三相正三角形渊品字型冤排列相感应电压的近似于姨3倍遥按照GB50217-2018叶电力工程电缆设计标准曳第4.1.11条野交流单芯电力电缆金属套上应至少在一端直接接地袁在任一非直接接地端的正常感应电势最大值应符合下列规定院未采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时袁不得大于50V遥冶咱2暂按照此标准袁以上计算出的感应电压22V是符合要求的遥但规范标准中只提到了感应电压袁却忽略了感应电压会给屏蔽层两端接地带来环流袁两者的共同作用最终给电缆造成危害遥采用一端接地袁另一段悬空袁避免了环流的产生袁电缆的传输容量得以提高袁不会给电缆带来附加的热损耗袁绝缘效果会更好遥但当电缆线路遭受雷电侵入或操作过电压冲击时或系统发生短路故障时袁在金属屏蔽层上会形成很高的感应过电压袁电缆金属屏蔽层悬空端出现较高的感应电压遥这种较高的感应电压是护套绝缘所不能承受的袁此过电压可能击穿电缆护套绝缘袁出现金属屏蔽层多点接地袁此时金属屏蔽层内必然会出现很大的环流袁其值可达线芯电流的50触电%阻~最95大的地方%袁此环产流会在生严重的发整条电热缆现的象金袁属它屏对蔽护层套接绝缘的破坏导致金属屏蔽层多点接地袁形成环流袁甚至导致系统更大的故障遥因此必须采取措施限制金属屏蔽层这种破坏性过电压的出现袁以保护护套绝缘不被击穿袁在悬空端加装过电压保护器袁正常运行时袁不接地袁使线路上的感应电压不能形成通路袁从而避免造成环流遥系统出现雷电侵入等过电压情况使保护器动作袁直接接地袁将金属屏蔽层上的感应电压迅速释放袁从而保证系统的长期安全运行咱3暂如果敷设好的电缆被二次破坏袁遥散落在电缆支架上袁不成规律排列的交叉单芯电缆的感应电压将随电缆中心轴距的增加而增加遥不同组电缆有时会造成交叉处两边感应电势差袁形成铜屏蔽带涡流效应袁涡流造成局部发热袁热效应积累造成绝缘老化袁最终造成相对地短路接地故障遥2.3电缆敷设环境对故障影响分析从事故现场照片图3能看出袁电缆隧道有渗水尧积水现象袁环境潮湿遥电缆铜屏蔽有铜锈迹袁B1相114562Aug.http:2019//www.Vol.jzdq.38net.No.cn8电缆的绝缘层已经潮湿袁降低了绝缘功能遥长期浸泡水后可能会造成绝缘表面返潮袁绝缘材料在长时间带电运行时袁会形成水树袁首先表现为绝缘电阻下降袁通过一定时间积累最终导致绝缘击穿袁击穿处形成树枝状放电通道咱4暂2.4电缆头绝缘遥老化现象分析通过解剖户内式冷缩电缆终端发现袁在接地端袁仅有非磁性铠装钢带一端接地袁接地方式采用接地卡接直接卡接袁没采用焊接袁这在接地线路中造成一定接触电阻袁在非磁性钢带与接地线之间形成电位差袁造成接地卡发热遥同时屏蔽层铜带没有接地袁即屏蔽层铜带两端都没有接地袁整个铜带就会形成悬空高电位曰钢带接地为低电位袁由于电缆的潮湿渊图3事故现场照片铜屏蔽层已氧化冤袁形成了铜带与钢带之间放电袁放电形成热效应袁加剧绝缘老化袁电性能下降袁这是造成图4所示的电缆头出现绝缘老化现象的主要原因遥3结论及整改措施通过上述分析袁以及对事故点感应电压的计算袁可得知事故原因为屏蔽层接地方式不完善曰电缆隧道长期积水使电缆处于潮湿环境袁电缆为YJV系列袁不是防水电缆袁运行环境恶劣曰运营单位管理缺乏力度袁后续施工破坏了电缆原有的安装方式袁造成电缆的二次伤害遥按照电力供电管理规程袁出现故障分析原因尧排除故障尧制定措施的三不放过原则袁针对该电缆故障支路袁采取以下措施院电缆敷a.设针形势对该袁故将障电支路缆重新袁重新按照梳正理三整角个形电渊缆品隧字道型的冤敷设方式固定袁特别是对散落的电缆要加强固定遥中袁在b.接对地该端回袁路非的电磁性缆铠头装重新钢带与制作屏蔽袁层在电铜带缆分头别制通作过接地环引出接地线袁且非磁性铠装钢带与屏蔽层铜带的接地线要相互绝缘袁引出后在配电柜的接地端子上并接袁实现一端接地曰金属护层与接地线连接要采用焊接遥c.电缆在外悬护空层端绝缘加装的过冲电击压耐保护压应器不袁低如于图1.54所倍示保护遥器的残压院U式中院10U臆10要要要Uch/保护1.4器冲击电流下的残压袁kV曰渊6冤图5
Fig.电缆屏蔽层一端接地尧悬空端接过电压保护器示意图with5Schematicdiagramofcableshieldinglayer
connectedoneendgroundedwithovervoltageandsuspensionprotector
end
U保护ch要要要护层绝缘冲击耐压袁kV遥U工频放电电压应低于外护层工频击穿电压院放式中院U<放UU2要要要要要要2护保护层2器s工工频频放耐电电压袁压kV袁遥kV曰渊7冤根据以上条件袁金属氧化物避雷器和碳化硅阀式避雷器都符合要求袁均可作保护器遥营单位的d.加强维护运营管理管袁理定期尧防对电力止电缆二隧道次袁桥伤架害尧遥支加强架上运的电缆进行检查维护袁确保敷设方式不被破坏袁对电缆隧道有后续施工的要加强管理袁防止二次伤害电缆和破坏电缆已有的敷设方式遥定期与不定期检测屏蔽层及非磁性钢带铠装护层的接地电阻值袁确保单芯中压电缆供电系统的正常运行遥该型e.号电对电缆隔缆离套隧道和外尧电护缆套沟采要用加强PVC防水材料措袁施不遥是由防于水电缆专用材料袁长期浸泡水后可能会造成绝缘表面返潮袁绝缘电阻下降遥运营管理单位要加强电缆隧道尧电缆沟的管理遥清除电缆隧道尧电缆沟积水袁电缆隧道改善隧道通风条件袁保持电缆隧道干燥袁电缆沟排水良好袁防止沟内积水袁确保电缆的正常运行遥4一些建议在单芯电缆线路的工程中袁有诸多工程对电缆的敷设袁电缆屏蔽层尧电缆护层的接地施工极不规范遥在GB50217-2018叶电力工程电缆设计标准曳尧GB范曳尧50303GB50168-2015-2018叶建筑叶电气电气装工置程安施装工工程电质量验缆收线规路施工及验收规范曳等规范中对普通三芯尧四芯尧五芯等电缆的规定甚多袁单芯电缆的内容不多袁不够完善遥随着单芯电力电缆逐渐在建筑工程中推广应用袁建议在设计尧施工验收规范中对单芯电力电缆分别针对屏蔽层尧电缆护层的接地方式袁工频感应电压尧环流值以及现场施工工艺要求尧质量标准作出规定遥5结语单芯电力电缆的设计尧施工尧维护和管理袁设计单位要根据单芯电力的供电电压尧电缆的技术参数尧工程的现场环境袁认真计算屏蔽层尧护套层的感应电压尧环流值袁选择接地方式遥施工单位要运用现代BIM及安计装算方袁式精袁确精益深化求电精缆地对支架待尧电电缆缆头夹尧具接等安地装装置的位置施工曰运营管理单位要强化运营管理袁以确保单芯电缆供电线路长期稳定尧安全尧经济运行遥故障分咱1析暂及江改东进君措施.咱10J暂.kV电力科技单芯电缆袁屏2016蔽层渊23两冤院端接197地-引198.发的
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2019-05-05来稿
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