一起35kV单芯电缆短路事故问题的探讨
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摘要：结合某变电站施工供电35kV陈坛Ⅱ回电缆线路发生的接地一短路事故，笔者结合工作经验针对电缆的生产、安装、试验及运行进行了初步的分析，并提出自己的一些意见，。
关键词：单芯电缆；短路事故；问题分析；总结；建议
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
某工程施工供电网相当于一个中等发达县城的电网规模，由于电网建设的规格较高，发生在该电网上的事例对一般电网具有较大的参照意义。2006年12月，该施工供电变电所变电所35kV陈坛II回电缆线路发生接地一短路事故，造成该附件共计停电14min，是一起典型的35kv单芯电缆事故。经及时倒闸和抢修，未对该工程施工供电造成重大影响，但也暴露出当前电缆生产、安装与调试中的一些问题，深入分析其故障成因、总结经验教训，对今后的电缆线路安装与运行具有现实的指导意义。
一、线路情况
该线路为35kV电缆线路，额定电压35／26kV，起点为A变电所308DL，终点为坛子岭变电所304DL。全长4．5kin，由3根ZRYJV―1×400电缆组成，因线路较长，共分6段，段问采用硅橡胶预制式冷缩中间头联接。为限制电缆金属屏蔽层感应电压，在分段联接时，通过交叉互联箱将金属屏蔽层进行了交叉换位。线路沿A至坛子岭电缆廊道敷设，运行环境较好，敷设安装采用电缆牵引机、电缆输送机配合滑轮进行。安装后做3U。(78kV)直流耐压试验合格，于2006年7月22Et投入运行。
二、事故经过
(1)事故当日上午8：44，A变电所中控室警铃响，35kVII母B相发出接地信号；8：45，陈308DL速断跳闸，该电厂左陈线开关左351过流保护(延时0．1s)跳闸，陈35kVII母失压。
(2)8：58，经倒闸操作，恢复陈35kVII母供电，该电厂左岸共计停电14min。
(3)事故发生后，相关单位迅速对该线路全线巡查，发现35kV陈坛II线在距离A变电所约700m处B、C两相电缆绝缘烧穿，线芯烧溶，A相外护套损伤。另在距A变电所200m处发现一处金属屏蔽层断裂，外护套和主绝缘被放电烧蚀。
三、事故分析
根据现场情况，结合故障录波分析，确认该事故首先发生在B相接地，持续73s后，发展为B、c两相短路，约4个周波后，陈308速断保护正确动作。
结合故障录波分析，推断B相电缆单相接地故障主要原因为：该段电缆为陈坛II回电缆线路A变电所侧的第一段，长900m，主要故障点在距离A变电所约700m处(F2点)，另外在距A变电所200m处发现一处金属屏蔽层断裂(F1点)，并放电烧蚀了外护套和主绝缘。因各种原因该段电缆存在上述Fl、两处金属屏蔽层断裂，将该段电缆金属屏蔽层事实上分成了3段：首段长200m，在A变电所终端头处经保护器接地；中段长500m，完全悬浮；末段长200m，在交叉互联箱处直接接地(见图1)。
图1
电缆运行中，金属屏蔽层上将产生感应电压；设电缆线芯与屏蔽层之间的电容为Cl，屏蔽层与大地之问的电容为C2，系统相电压U0，则发生屏蔽层断裂时，其悬浮电位为U=U0×C1／(C1+C2)，其中，U0=35／1．732=20．2kV，因电容Cl、C2大小相近，所以悬浮电位U约为10kV。运行中首段金属屏蔽因经保护器接地，处于悬浮状态；中段金属屏蔽因断裂而处于悬浮状态，末段金属屏蔽因其直接接地处于地电位；在感应电压作用下，中段金属屏蔽首先在F2断裂点处向处于地电位的末段金属屏蔽层放电，逐步烧蚀B相电缆主绝缘直至发生击穿，形成B相单相弧光接地，而后烧伤邻近的A、C两相发展为相问短路；当B相在F2点接地后，中段金属屏蔽层电位降为地电位，首段金属屏蔽在Fl断裂点处向处于地电位的中段金属屏蔽层放电，部分烧蚀了外护套和主绝缘。
B相电缆金属屏蔽层断裂原因如下：
(1)电缆制造缺陷。该电缆由国内某电缆有限公司供货，采用立塔交联工艺生产，金属屏蔽层为0．12mm包绕铜带。立塔交联工艺对电缆主绝缘质量控制较好，但需要较长的冷却时间，而本批电缆交货期较短，厂家赶工生产，可能在电缆主绝缘尚未完全冷却的情况下，即进行下道工序金属屏蔽的绕包和挤包外护套。在主绝缘逐渐完全冷却后产生收缩，导致金属屏蔽层与主绝缘之问不能紧密缠绕而存在问隙。又因电缆较长，金属屏蔽必然要进行必要的接续，接续处采用搭焊连接，其强度有限，是一个明显的受力薄弱点。
(2)电缆敷设的原因。电缆的敷设安装采用电缆牵引机、电缆输送机配合滑轮进行。按工艺要求，专用牵引头只能连接在电缆线芯(导体)上进行牵引，在电缆输送机配合下，电缆本体落在沿线布置的滑轮上牵引敷设。在此过程中，电缆线芯受到向前的牵引力作用，外护套则受到向后的滑轮摩擦力作用，在线路转弯时则受力更大。在该力作用下，电缆外护套不可避免要发生向后的滑移。事实上，在其他同型号电缆及本电缆敷设到位后，均发现不同程度的外护套滑移，滑移距离在20～40cm不等。因电缆金属屏蔽层与主绝缘之间存在间隙，在电缆敷设过程中外护套产生较大的滑移(40cm)，紧邻外护套的金属屏蔽层受到较大的拉力，而在接续点处发生断裂。(电缆结构见图2)。
图2电缆结构示意图
另外，该段电缆是陈坛II回线路的起始段，根据《电气设备交接试验标准》规定先后作过两次直流耐压试验。因空问电荷的积累效应，直流耐压试验对电缆有不良影响，可能也是导致本次事故的诱因。
陈42XHG消弧及过电压保护装置未动作，从B相接地发展为B、C两相短路，持续时问73s，该装置未有动作，而只有小电流接地选线装置动作发信。致使故障发展为相问短路，导致事故扩大。
四、总结及建议
4．1电缆安装后的金属屏蔽层直流电阻试验
《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB/50150-91)以及国家标准《额定电压35kV(UM=40．5kV)电缆》(GB/T12706．3-2002)中关于电缆安装后电气试验的规定，并没有进行金属屏蔽层直流电阻测试的试验项目；《电气设备预防性试验规程》(DL/T596-1996)中则规定在电缆线路投入运行前和在重做终端或接头后应进行金属屏蔽层与导体的电阻比试验，该项试验显然可以发现金属屏蔽层的断裂问题；但是根据国家电力公司《电力电缆运行规程》的规定，对新安装电缆线路，第一次预防性试验是在电缆线路投运后3个月进行。显然以上各规程中关于电缆安装后金属屏蔽层直流电阻的试验存在空缺。由上述分析可知，在单芯电缆上发生金属屏蔽层断裂将产生严重的后果。因此，建议对现行电力电缆的相关规程进行修订，在电缆安装后试验中增加金属屏蔽层直流电阻的试验项目。对线路较长的单芯电缆应要求采用铜丝作为金属屏蔽层。
4．2电缆耐压试验
国家标准《额定电压35kV(UM=40．5kV)电缆》(GB/T12706．3-2002)中规定：电缆的电压试验应采用工频交流电压，3．5UO，5min或2．5UO，30min；但《电气设备预防性试验规程》(DL/T596-1996)中则规定采用直流耐压试验；国家电力公司《电力电缆运行规程》更规定电缆预防性试验不宜采用交流电压。《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB/50150-91)中规定的电力电缆耐压试验是4UO直流耐压试验。
从各电缆生产单位以及国内供电同行了解到的情况看，多数意见认为：现行标准中关于直流耐压试验的规定适用于油浸纸绝缘电缆和充油电缆，在缺乏实践经验的情况下推广到塑料绝缘电缆(交联电缆)，因交联电缆泄漏很小，容易产生空间电荷的积累而影响电缆的使用寿命。所以多数意见不推荐对交联电缆进行直流耐压试验。建议有关部门对相关规程规定进行清理，对交联电缆的电压试验作出明确的规范。
4．3保护装置
35kV电力系统属小电流接地系统，规程允许单相接地运行1h，随着系统越来越多地采用电缆线路，系统电容电流也越来越大，在发生单相接地时，强大的电容电流足以引起弧光将邻近的其他相或其他回路电缆线路烧坏，引起相间短路扩大事故范围。有鉴于此，建议修改保护装置设定，在较大容量35kV系统发生单相接地故障时，直接切除故障线路。或者在系统加装较为精密的小电流接地选线装置和消弧及过电压保护装置，在发生单相接地时，及时准确选出故障线路和故障相，装置动作后将故障相直接金属性接地，避免产生弧光危及邻近电缆，并抑制系统过电压，保护系统绝缘。同时发出信号，指示运行人员采取措施，进行故障处理。
参考文献
[1]35kV单相电力电缆屏蔽层的感应电压和环流[J]．高电压技术．2002．
[2]胡其秀．电力电缆线路手册(设计、施工安装、运行维护)．北京：中国水利水电出版社．2005．
[3]史传卿．电力电缆安装技术问答[M]．中国电力出版社，2002．