一起单芯电缆发热击穿的原因分析及处理

一起单芯电缆发热击穿的原因分析及处理

杨金 1 崔庆宝 2

大理供电局变电运行所 1 云南 大理 671000 协合新能源集团师宗聚合风力发电有限公司² 云南 师宗 655700

摘要：文章论述了南网系统某变电站一条35kV中性点小电流接地系统35kV单芯电缆电源进线运行过程中存在发热并击穿造成系统单相接地问题，对电缆事故、感应电势产生的原因进行分析，并介绍了故障的解决方法。

对这一问题进行了分析，结合我国国家标准GB 50217—2007，采用两个简单可靠的方法：1、电缆终端钢铠采用一端接地，一端悬空不接地的施工方法，切断感应电势的闭合回路；2、通过穿管割缝或采用PVC管即可切断感应涡流，减小涡流发热，有效解决了这一问题。

关键词：终端接地 施工穿管 巡检重点

一、单芯电缆发热分析

电网变电站特别是35kV系统体量庞大，且通过35kV上网下网线路比较多。35kV三芯电缆线径太粗，给施工维修运行带来不便。故在实际使用中，35kV电缆以单芯电缆居多。单芯电缆中由于不存在对称感应电势分量抵消作用，产生的感应电势形成环流发热和施工过程中不正确的穿管造成涡流发热往往会产生电缆过热，直接导致击穿、着火。

1、单芯电缆发热原因

截面较大的单芯动力电缆在运行过程中会与电缆屏蔽层产生电磁感应，从而在屏蔽层产生感应电流。不正确的接地,使屏蔽层形成回路产生涡流发热；线卡固定和金属管穿管时形成涡流回路往往导致电缆发热。综上两种原因，致使电缆工作及环境温度高于电缆最高长期允许工作温度85°C标准值，长期在高温环境下运行会损坏电缆绝缘，造成发热、着火，对设备及电网运行构成极大的安全隐患。

（1）涡流的产生。当电缆中有交变电流通过时。就会产生以导体为圆心，截面圆形分布的交变磁场，因为半导体和屏蔽层的存在，这个交变磁场被均匀压制在导体绝缘层之内。当电缆穿过环状导体时，由于导体导磁率远大于周边的空气，交变磁场在此形成封闭回路，就会感应出一圈截面大小为同心圆的环流。这就是单芯电缆的涡流。

（2）涡流集中的位置，当电缆两端屏蔽层接地均可靠接地时。屏蔽层与大地形成环形回路。长时间电缆运行会在屏蔽层内部形成环流导致电缆发热。由于集肤效应一定体现在电缆终端接地辫处。

（3）涡流的大小。由涡流产生的原理可知。涡流的大小与频率成正比（愣次定理），因输电线路为工频运行。所以其过流的区域与封闭环路的长度有直接关系。

二、案例

1、某变电站35kV进线在一段时间内连续发生电缆终端着火事件。2016年某日，35kV系统A相发生接地（该系统为经小电阻接地的小电流接地系统）。因35kV系统A相发生接地后，1号接地站用变经过接地电阻，流过较大电流，导致其断路器“过流Ⅱ段”保护动作跳闸,最大动作电流值0.310A。检查如下

经查，该电缆长度150米，两侧电缆终端屏蔽层均。根据上述分析，属屏蔽层两端接地形成环流，导致电缆终端发热着火。

2、2021年，某变电站35kV系统发生C相全金属性接地，调度通过拉路排查，确定故障线路。通过排查，该线路架空部分无异常。故障点最后锁定为进变电站电缆。该电缆为1*400单芯缆三条。长度50米。其中一段由架空入地转电缆沟进入断路器下口。刨出电缆后发现在进电缆沟穿管有明显过热发白的现象，并有明显击穿点。如图：

三、处理措施

1、单芯电缆终端两侧只能一侧接地，这样就断开了屏敝层感应电流的环路。环路内无法形成环流，杜绝涡流发热的源头。

2、固定电缆的卡扣选用不锈钢和铝材。此种材料是磁的不良导体，不会集中形成环形涡流。

3、穿管材料尽量选用PVC等材料。如果因固定电缆，增加刚性之需要非得选择金属管时，需要把金属管开缝，然后用胶进行密封，这样就达到了断开套管涡流环形回路的目的。

4、定期对电缆终端进行测温。穿管处的电缆如果发生过热，套管啸叫等异常现象。必须查找原因并及时消除，以免电缆长期过热发生击穿损坏。

四、结语：

由于单芯电缆不能像三芯电缆会产生对称感应磁场互相抵消，如电缆终端制作各电缆安装布置过程中不规范，即非常有可能在运行中产生发热、击穿、甚至着火现象。综上原因及案例，措施如下：不能有铁丝绑扎或者用扁铁抱箍及普通碳钢螺栓紧固。运行中的单芯电缆终端不用两端接地。如用穿管金属管必须开缝或者采用绝磁材质。这样最大可能杜绝单芯电缆涡流效应。定期巡检和测温。保证电缆长期安全运行。

注： 几个业内常见电缆过热后击穿原因：

1、电缆导体电阻不符合要求，造成电缆在运行中产生发热现象并有制约散热情况下导致过热并击穿。

2、电缆选择型不当，造成使用的电缆的导体截面过小，运行中产生过载现象，长时间使用后，电缆的发热和散热不平衡造成产生发热现象并击穿。

3、电缆安装时排列过于密集，通风散热效果不好，或电缆靠近其他热源太近，影响了电缆的正常散热，也有可能造成电缆在运行中产生发热现象并击穿甚至着火。

4、接头制造技术不好，压接不紧密，造成接头处接触电阻过大，也会造成电缆产生发热现象。

5、电缆相间绝缘性能不好，造成绝缘电阻较小，运行中也会产生发热现象。

6、铠装电缆局部护套破损，进水后对绝缘性能造成缓慢破坏作用，造成绝缘电阻逐步降低，也会造成电缆运行中产生发热现象。