电线电缆技术论文集

电线电缆技术论文集 一 选编 韩 惠 福 日期 2004 01 01 电线电缆技术论文集 一 选编 韩 惠 福 日期 2004 01 01 目 录 目 录 1 电缆的氧指数多大才阻燃 2 何谓干硅烷交联料 3 什么是导线和电缆的安全电流 4 聚合绝缘电线电缆的耐热性 5 平行集束导线的特点及在农网改造中的应用 6 农网为何推广应用集束导线 7 10kV 单芯 XLPE 绝缘电缆金属屏蔽层接地方式讨 8 66kv XLPE 绝缘电缆故障原因分析及修复 9 关于美国 G挂灯笼 尤其是在农忙季节 农排泵大量盛行 这种现象就更普遍了 这不但是一种窃电行为 同时也大大增加了人员触电的机率 给自身 和他人的生命安全带来了不安全因素 从集束导线的特点我们可以看出 采用集束导线架设低压线路不仅可以 有效地解决这两个问题 而且在供电的安全可靠性上要大大地超越裸导线架空线路 尤其是在竹 树茂密的地 区 道路狭窄的小街巷 雷电多发地区 可将由外界因素引发的事故降至最低限度 3 集束导线与裸导线的经济比较 1 两种线路的材料价格及综合投资 见表 1 表 1 集束导线与裸导线的投资费用比较 线路种类 导线 元 km 金 具 元 km 人工费 元 km 合计 裸导线线路 LGJ 50 12106 2821 1380 16307 集 束 导 线 线 路 JKLV 50 18000 1742 892 20634 从表 1 可以看出 集束导线线路的金具 人工费用较低 但导线本身费用偏高 使线路造价比前者高 4327 元 km 以上计算未考虑集束导线线路沿墙敷设 少使用电杆的效果 如果条件允许 将集束导线沿墙敷设 则 线路的总投资会大大下降 平均每 km 线路的投资有可能与裸导线线路的更接近 持平 甚至要低 这要视节约 电杆的数量而定 若有 50 的线路不用电杆 两者的综合造价可能持平 2 采用集束导线可降低线路的线损 从理论上看 如果将单相 220V 线路改为三相 380V 线路 则线路上的线损将明显降低 此外 由于主干线上负 荷比较平均 使主干线上的损耗也有所降低 三相四线线路与单相二线线路 在负荷 线路长度 金属耗量相 同的情况下 其线损的理论分析见表 2 表 2 单相裸导线与三相导线的理论线损比较 线路种类 相线截面 导线阻抗 导线电流 功率损耗 单相裸导线线路 S 2 R I P 三相集束线线路 1 2 S 4 2R 1 3 I 1 3 P 由表 2 可知 把单相线路改为三相线路 在相同的条件下线损仅为原来的 1 3 根据资料分析 低压台区线损中 支线 干线中的损耗大约各占一半 由此 我们可以推论出 如果台区的分支线全部是单相 220V 线路 则用集束导线全部改为三相 380V 线路后 后者台区的总功率损耗 为前者的 2 3 即线损下降 33 如果台区的分支线是单相 220V 线路和三相 380V 线路各占一半 则改造后 后者台区的总功率损耗为前者的 83 即线损下降 17 由于实际情况比较复杂 分支线路节能效果未必能那么明显 在我们进行测算时 把该值按 60 计算 如 果再考虑到主干线三相负荷平均产生的节能效果 电能损耗则可进一步降低 综上所述 集束导线与裸导线相比 供电更加安全可靠 运行维护更加经济方便 技术更加先进 虽然在 线路造价上略高 但是通过线路的降损节能 在经济运行费用上可以做到与裸导线相当或略有降低 如果应用 在农村台区的低压配电线路或是城镇负荷较小的低压配电线路上 应该会收到很好的效果 卢峭峰 安徽省天长市供电局 6 农网为何推广应用集束导线 南方电缆网 我国农网已到了不改不可的地步了 据不完全统计 全国每年由于网损造成的 损失高达 1400 多万千瓦时 折合人民币 400 多万元 改造是农网进步的唯一出路 以前农网 改造都是用祼铝线路 半绝缘封闭线路 全封闭线路 绞合线路 但裸铝线路安全系数低 危 害人身和设备安全 而且农户可以自己挂线 半绝缘封闭线路用户可单独作地线用 易造成窃 电 全封闭线路和绞合线路的造价高 不能推广普及 由辽宁省农电局教授级 高级工程师刘希同志研制开发的可分裂组合导线束解决了这一难 题 1 从平面看 导线束各线间基本平行 节省金属 降低成本 减少线数 2 从受力情况来看 各导线受力均匀 组合抗拉断能力较单根线成倍增加 而其风压 冰冻 相对降低 导线束的强度 安全系数高 3 在张力作用下 其线间的绝缘层不受压 安全度明显增高 4 从形式上看 导线束可分裂 个性好 在分支跨接时容易 变容组合方便 用于分裂组合 时 由于零线细 易辩认 不易错接 5 电器参数更为优越 工艺简单 防雷 防触电 防漏电 工程造价低 有效节省投资 这 对有限的改造资金而完成大规模的改造提供了有利的契机 6 有效降低零线断线事故和配电单向过负荷烧毁事故发生 7 较易实现三相四线制供电 不受地域约束 7 10kV 单芯 XLPE 绝缘电缆金属屏蔽层接地方式讨 大连电业局 廖红梅 李云财 摘要 本文介绍了大连市 10 XLPE 绝缘导体截面 300mm 单芯电缆敷设运行情况 对环流做 了实测 对正三角形 水平排列的护套感应电压做了计算 比较 提出了正三角形排列一端 接地的结论和建议 供各地同行参考 关键词 三芯电缆 单芯电缆 环流 感应电压 一端接地 10kV 电缆金属屏蔽层通常采用两端直接接地的方式 这是由于 10 千伏电缆多数是三芯 电缆的缘故 八十年代中期前 10kV 电缆均采用油浸纸绝缘三芯电缆 结构多为统包型 少 量为分相屏蔽型 八十年代末期开始大量使用交联聚乙烯绝缘分相屏蔽三芯电缆 逐步淘汰 了油纸电缆 九十年代以来 随着大连经济建设的迅猛发展 负荷密度增大 环网开关柜等 小型设备的应用 市区变电所出线和电缆网供电主干线电缆开始采用较大截面单芯电缆 单 芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力 减少了接头 短段电缆可以使用 方便了电缆敷 设和附件安装 也由此带来了金属屏蔽接地方式的问题 一 单芯电缆金属护套工频感应电压计算 单芯电缆芯线通过电流时 在交变电场作用下 金属屏蔽层必然感应一定的电动势 三 芯电缆带平衡负荷时 三相电流向量和为零金属屏蔽上的感应电势叠加为零 所以可两端接 地 单芯电缆每相之间存在一定的距离 感应电势不能抵消 金属屏蔽层感应电压的大小与 电缆长度和线芯负荷电流成正比 还与电缆排列的中心距离 金属屏蔽层的平均直径有关 1 电缆正三角形排列时 金属屏蔽单位长度的感应电压可按下面公式计算 I 负荷电流 S 电缆中心距离 D 电缆金属屏蔽层平均直径 以 YJSY 8 7 15kV 1 300mm 2单芯电缆为例 电缆屏蔽层平均直径 40mm PVC 护套厚度 3 6mm 当电缆 品 字形紧贴排列 负荷电流为 200A 时 算得电缆护层的感应电压为每公里 10 7 伏 2 电缆三相水平排列时 设电缆间距相等 金属屏蔽单位长度的感应电压可按下式计算 边相 中相 当三相电缆紧贴水平排列 其它条件与 1 相同时 算得边相的感应电压为每公里 16 9 伏 中相的感应电压为每公里 10 7 伏 当电缆间距 200mm 时 算得边相的感应电压为每公里 36 1 伏 中相的感应电压为每公里 31 伏 边相感应电压高于中相感应电压 由以上计算可知 1 当电缆长度与工作电流较大的情况下 感应电压可能达到很大的数值 2 电缆以紧贴三角形布置时 感应电压最小 当电缆相间距离增加 相对位置改变时 感 应 电压都会相应地改变 另外 多回电缆同路径敷设 也会对感应电压产生影响 二 屏蔽层循环电流实测分析 采用两端直接接地的方式 由于电磁感应电压的作用 就会在屏蔽层中产生循环电流 循环电流的大小主要与屏蔽层的自感阻抗和互感阻抗有关 即与屏蔽层的电阻 直径 电缆 的间距等有关 目前 大连市区应用的 300mm 2单芯电缆单根长度已有 200 多公里 电缆敷设方式以直埋 为主 使用混凝土槽保护 金属屏蔽层全部采用两端接地的方式 下面实测的线路是沿解放 路敷设的电缆主干线 电缆三相每 3 3 5 米用扎带绑扎成 品 字形 绑扎两点中间的部 分线芯散开呈水平放置 每个混凝土槽内并排敷设有两回电缆 我们对解放路的电缆屏蔽层 环流进行了实测 实测的环流电流值如下表 线路名称 胜利线 红港线 桃源线 岭前线 负荷电流 A 160 50 100 140 电缆长度 m 125 125 298 1059 环流值 A B C A 23 26 28 10 9 10 10 11 11 16 17 16 从实测值可见 循环电流达到负荷电流的 10 20 屏蔽层循环电流的存在 造成屏蔽层 发热和电能损耗 降低了电缆的输送容量 因此 有必要采取措施减少或消除该循环电流 实测数值还反映出 环流值并没有绝对地因电缆长度和负荷电流的增大而增加 说明电 缆三芯的布置对感应电压的影响不可忽视 三 金属屏蔽接地方式的选择 1 采用两端直接接地的方式 10kV 单芯电缆金属护层两端接地时 由于护层阻抗值不像 35kV 以上电缆那样 小 环流尚不过分大 有关资料介绍 35kV 以上高压电缆两端接地时 护层循环 电流可达到线芯电流的 50 90 从而引起护层发热 严重降低电缆的载流能力 10kV 单芯电缆金属护层两端接地的方式有较多的施工经验 10 千伏电缆回路 多 直接接地减少了附属设备的配置和维护量 对运行人员也比较安全 因此采 用两端接地有一定的优势 继续沿用两端直接接地的方式 必须尽可能地降低护层感应电压 使线路损 耗达到运行可接受的程度 较有效的办法就是保持三相线芯呈紧贴正三角形布置 在电缆敷设后 每隔 1 米距离用非铁磁性扎带绑扎 2 一端接地的方式 一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地 另一端金属屏蔽对地开路不 互联 一般应在与架空线连接端一端接地 以减小线路受雷击时的过电压 一端 接地后 可以消除护层循环电流 减少线路损耗 但开路端在正常运行时有感应 电压 在雷击和操作时 金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压 系统发生 短路事故和短路电流流经芯线时 金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应 电压 当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时 就会造成金属护层的 多点接地 因此这种方式宜用于线路距离较短 金属护层上任一非接地处的正常 感应电压较小时 3 一端接地 另一端采用护套保护器接地的方式 为防止金属屏蔽一端接地时开路端的过电压击穿外护套 开路端装设护层保 护器是限制护层过电压的有效措施 保护器在正常运行条件下呈现较高的电阻 当护套出现冲击过电压时 保护器呈现较小的电阻 这时 作用在金属护层上的 电压就是保护器的残压 四 结论和建议 1 在大城市和经济发达城市 负荷密度高 10KV 三芯 240mm 2XLPE 绝缘电缆达不到供 电容量要求时 宜使用 300 400 500mm 2及以上单芯电缆 以提高供电容量 单芯 电缆的金属屏蔽层应采用疏绕铜线结构 其截面按安装系统不同点两相短路电流值确 定 大连为 35 mm 2 铜导体 使用单芯电缆 可以使线路的接头数量大幅度减少 并 变三相接头为单相接头 使接头密封更简单可靠 2 从降低金属屏蔽感应电压或降低环流考虑 单芯电缆宜采用外护套紧贴的正三角形 排列 对导体截面 240 mm 2 300 mm2 XLPE 绝缘电缆宜间隔 1M 用非磁性带材扎紧 对 400 mm 2 及以上截面 可适当放大扎紧间隔 但扎带厚度或宽度宜加强 紧贴正三 角形排列方式 更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆 3 从消除环流损耗 不降低电缆的载流量考虑 应提倡电缆金属屏蔽层一端接地方式 4 采用金属屏蔽层一端接地方式 非接地端计算和实测感应电压应不超过 50V 大于 50V 的宜安装护套保护器 5 直埋敷设 特别是地下水位高的地方 宜用 PE 外护套或其它弹性体 氯丁胶 氯 磺华聚乙烯或类似聚合物为基的 护套混合料 代号 SE 全国电力系统电力电缆运行专业工作网版权所有 Copyright 1995 2000 All right reserver 8 66kv XLPE 绝缘电缆故障原因分析及修复 大连电业局电缆工程公司 李云财 摘要 本文全面介绍了 66KV XLPE 绝缘电缆曹华左 右线 由于金属屏蔽线被盗 接地系统被破坏 引发的 电缆接地 相间短路接地故障 阐述了电缆移设 自行设计直接接头的特点 谈了体会 供各地专业同行借鉴 关键词 66KV 系统 接地 电缆移设 直接接头 设计制作 1 电缆概况 1 1 电缆安装 交接试验 运行情况 大连开发区 220KV 中华路变电所 于 1996 年 6 月安装了 66KV 配出电缆曹华左 右线 线路长 度为 1087M 电缆及附件为法国阿尔卡特公司产品 由阿尔卡特专家指导我公司安装 电缆的电压 等级为 44 5 77 84 7KV U0 U Um 冲击水平 450KV 导体截面铜芯 400mm 2 标称绝缘厚度 13mm 电缆结构如图 1 该电缆为疏绕铜丝屏蔽 PVC 护套 电缆及附件安装后 主绝缘通过 极性直 流 144KV 15min 试验 护套通过 极性 10KV 1min 直流耐压后 投入运行 图 1 1 2 电缆故障情况及原因分析 1999 年 9 月 28 日 17 时 38 分曹华左线电缆 发生一相接地 健全相对地电压升高到运行线电 压 66KV 25 分钟后该线路发生两相短路并接地 线路开关跳闸 线路停运 接到调度通知后 公司领导及技术人员 立即到变电所了解情况 并到电缆隧道做巡视检查 当打开隧道工井后 发现仍在运行的并行曹华右线电缆 有 6 处在对地火花放电 并有塑料烧焦的 气味 于是请示调度 立即将曹华右线也停止运行 双线均停止运行后 对两回电缆作检查发现 该两回电缆在距离电缆户外终端安装塔约 64M 的排管至排管间 隧道内长 47M 范围内 固定电缆的 铝合金卡具全部被盗 见附图 2 外护套被割去 64 根直径 1 6mm 的屏蔽铜丝被盗 1 2 1 事故原因分析 该电缆正常运行时 金属屏蔽在户外终端处直接接地 户内终端处经护层保护器接地 其一相 结线图如图 2 所示 图 2 电缆的电容电流计算值为 2 3A 均非常顺畅地由线芯通过绝缘到屏蔽线 经金属接地点入地 金属屏蔽线 直径 1 6mm 64 根 全部被从双侧断开后 其一相结线图如图 3 所示 图 3 在金属屏蔽线被断开 47M 的两侧 电容电流被迫在两侧以火花放电的形式流入大地 并产生高 热 使外半导电层和绝缘层发生热老化 绝缘强度逐渐下降 当耐受不住对地电压 66KV 38 1KV 时 发生一相接地 66KV 为消弧线圈接地系统 发生一相接地时 例如 A 相 其等值电 路如图 4 所示 其矢量图如图 6 所示 图 4 图 6 图中 C1 C2 C3 C0为电缆各相对地电容 L 为消弧线圈 即为可调电感的中性点电抗器 运行中当 A 相电缆发生绝缘对地击穿故障时 该相导体 的对地电位即降为 0 而 B C 两相导体的对地电位将升至线电压 流过接地点的电容电流 IC ICC ICB 因 C2 C3 C0 则 ICC ICB C0U ICC ICB各较 UBA UCA越前 90 O 所以 IC 3 C0U 在相位上较中性点电压 UN0越前 90 O 中性点电位 U NO UA 即在一相接地后 两健全相的电容电流增加到 接地前的倍 因接地不良 又火花放电能量增大 结果导致绝缘老化 性能降低 发生两相接地短 路 线路跳闸 2 修复方案及直线接头的设计安装 2 1 修复方案 经过实际检查测量 曹华左 右线电缆 共损坏护套 金属屏蔽达 6x47M 需要新电缆约 6X90 540M 直线接头 12 只 而库存没有这些备品 特别是接头更难解决 后经反复研究 决定改变曹华左 右线 电缆的路径 即走开华左右线的路径 见附图 1 曹华路径 678 02M 开华路径 550 3M 每相余电缆 127 7M 解决了电缆的问题 2 2 直接接头设计 制作 设计直线接头前研究了法国阿尔卡特的原供货的接头结构和主要尺寸 并参考了 110KV 同类的 电缆接头主要尺寸 结合我公司多年来制作接头的经验 做以下改进 2 2 1 导体连接由焊接改为压接 阿尔卡特原提供的接头为火药焊接式 从接触电阻来说 可以达到与同长的线芯接近 但工艺 较复杂 因此改用连接管 接管尺寸按导体外径及配合尺寸确定 委托长沙电缆附件厂加工 长度 为 132mm 内径为电缆导体外径加配合间隙 即 23 2mm 2x0 4mm 24mm 外径为 34mm 连接管的截 面积达到 455 5mm 2 4 d 2 2 d 1 2 即比电缆导体截面 400mm2 大 14 2 2 2 连接管表面和反应力锥使用耐热聚四氟乙烯和涂硅脂绕包 压接式连接管导体连接方式所担心的问题是接触电阻比电缆线芯大 在运行中发热 特别是在 故障电流通过时 更为严重 而成为接头热击穿的原因 为此设计的接头 在压接管表面及反应力 锥处 均使用工作温度达 150 oc 以上的聚四氟乙烯带绕包 为防止产生空气间隙 边包边涂硅脂 使局部放电起始电压提高 防止接头在最大场强部位运行中发生局部放电 2 2 3 在应力锥外绕包一加强锥与一般接头不同的是 为防止应力锥移位 在其外绕包一加强锥 使 应力锥保持安装位置 2 2 4 加强了接头的防水性能设计接头的长期防水性能是电缆安全运行关注的问题之一 在本接头设 计中对外护套采用了两层热缩管及附加热缩管 接头整体绕包防水胶带两层并与外护套搭接 50mm 使 防水密封可靠 2 2 5 接头主要尺寸 结构 接头的主要尺寸经过理论计算和经验修正 接头设计制作施工图见附图 2 2 3 电缆移设 接头制作 电缆移设全部用机械 要保证不损伤外护套 保证弯曲半径不小于 20 倍 重点部位设专人把关 经过精心周密组织在计划时间内完成 6 个新设计接头 组织专业技术能手 精心制作 在计划时 间内完成 2 4 修复后试验 运行 双回电缆全部修复后 作全面检查 核定相位后 一次通过各相绝缘 144KV 15MIN 耐压试验 外护套 10KV 1 MIN 试验 于九九年 10 月 13 日恢复送电 3 几点体会 3 1 一次罕见的盗窃事故 电力设施被盗事件时有发生 但像这次这样罕见 从现场看是先从人井进入 先卸铝合金卡具 然后割外护套 掐每相屏蔽铜线 作案时间较长 有一定安全常识 使得在偷盗过程中 未发生人 身伤亡问题 从这次事故启发电缆运行部门要对电缆隧道 人井进行定期 不定期巡视 防止类似事故发生 3 2 事故直接经济损失相当大 修复这两回 66KV XLPE 绝缘电缆按常规需花费材料费用 100 万元 12 只接头 540M 电缆 即 12X7 万元 只 84 万元 540Mx300 元 M 16 2 万元 共合计 100 2 万元 而我公司经过仔细分析研究 改变了电缆敷设路径移设电缆 自行设计制作直接接头 仅用材料费 24 5 万元 人工费用 6 万元 合计费用 30 5 万元 节约开支 69 7 万元 所幸该两线路经常处于备用 未发生电量损失 3 3 经历了一次实际专业考验 我公司自 1987 年成立以来 一直注重对人员素质的教育培训和提高 提倡专业化 正规化 从 而保证安装 检修质量 这次事故检修计划 12 天 实际用了 10 天就完成了全部计划 得到了局及 有关单位的赞誉 我们也要以此种工作为借鉴 向更高的目标前进 为北方明珠的光辉灿烂而努力 奋斗 9 关于美国 G W 公司电缆户外终端故障原分析 南京供电局电缆管理所 皇甫学政 王光明 摘要 本文对南京供电局雨花变电站 110kV 雨庆线电缆户外终端在运行中发生击穿的原因进行了比较详细的 分析 在分析中提供了一些 110kVXLPE 电缆终端击穿和有关测量的资料并提出了解决问题的措施 关键词 电力电缆 故障 分析 结论 一 故障电缆运行概况 我局 220kV 雨花变现运行的 110kV 雨庆线电力电缆为澳大利亚澳力公司生产 电缆终端釆用的是美国 G W 公司生产的 PAT 138 型户外终端 电缆终端由澳力公司人员负责安装 于 1996 年 7 月 20 日竣工投入 运行 1998 年 2 月 5 日 110kV 雨庆 2 号线 A 相电缆发生故障 故障现场发现周围溅有黑色油渍 电缆终端上 方顶盖断裂 经解剖后发现 故障终端下方内置金属应力环与底座断裂脱离 电缆故障击穿点位于电缆终端内 应力管上端口 1 2Cm 处 击穿点孔径约 1 3Cm 在进行事故分析时 从解剖的终端中沒有发现明显的工艺错 误和施工遗留问题 考虑到当时的施工时间是天气比较炎热的 7 月份 施工环境温度较高 初步分析认为造成 电缆终端故障的主要因素是由于当时施工条件较差 未能满足工艺规定的要求 导致电缆终端中含有较多的潮 气及杂质 最终发生绝缘击穿 同年 12 月 27 日 110kV 雨庆 1 号线电缆 B 相终端又发生了同类型击穿故障 故障现场及故障击穿点部位与 上次故障情况基本相同 为此 我局十分重视 即组织有关技术人员进行事故分析 着重从电缆本体绝缘 终 端附件材料 结构设计及施工工艺等方面进行认真的分析讨论 同时获悉太原供电局亦发生与我局相类似的 4 起电缆击穿故障 为进一步弄清我局 110kV 电缆终端故障发生的原因 我所即安排专人前往太原供电局了解有 关故障电缆运行情况及事故原因 太原供电局现运行的河西变电站 110kV 电缆于 1994 年 12 月投运 24 只终端 其中户外终端 12 只 GIS 终端 12 只 运行中发生故障的电缆终端均为户外型电缆终端 为美国 G W 公司产品 电缆为澳大利亚澳力公 司生产 电缆终端安装全部由澳力公司人员负责 1996 年 1 月 28 日河西变电站第一次发生户外型电缆终端故 障 故障现场情况与我局所发生的故障相类似 经解剖终端分析 电缆及终端生产厂家一致认为 故障主要原 因是安装尺寸出现错误 在英制转换成公制时 换算系数出现了差错 由于该相同型号的6只户外型终端 115kV 都存在安装尺寸错误的缘故 故在重做该条故障电缆终端的同时 又将另外 5 只电缆终端进行了重新安装 终 端附件厂家美国 G W 公司及电缆制造厂澳大利亚奥力电缆公司于现场进行了安装 安装尺寸及工艺要求由其 双方认可及实施 然而 至 1998 年底 河西变电站 110kV 电缆终端又分别于 98 年 1 月 27 日 98 年 1 月 28 日和 98 年 12 月 3 日先后发生 3 次类似故障 其中 2 次发生于 96 年重新安装的电缆终端 同时了解到太原供电局将澳力公司故障电缆送到美国电气绝缘研究中心材料学研究所的检测报告中发现除 绝缘中含有较高水份外其余各项检测均符合规范标准 二 电缆故障现象分析 通过我局与太原供电局电缆终端故障比较 我们发现几次故障有以下几个共同点 1 电缆 终端生产厂家相同 安装人员相同 我局和太原局发生电缆终端故障 其终端附件为美国 G W 公司产品 电缆制造厂家为澳大利亚奥力公司 安 装亦由奥力公司负责 2 故障现场情况基本相同 故障现场四周溅有黑色油渍 电缆终端上部金属顶盖均匀断裂成数块 绝缘击穿部位位于终端下部 金属应力 管中下部 故障点基本在同一位置 见图 太原河西变故障终端 南京雨花变故障终端 3 故障时间比较接近 所有电缆终端故障均发生在天气较为寒冷的冬季 我局发生故障的时间为 2 月及 12 月 太原供电局发生的 时间为 1 月和 12 月 三 故障原因分析及结论 通过对我局及太原局电缆终端故障现象 并通过解剖电缆终端综合分析 我们初步认为造成电缆终端故障 的主要原因是电缆终端内部油压未能满足设计规定要求 因为 美国 G W 公司生产的终端产品其设计思路是 通过终端注滿绝缘油并保持一定的压力来增強绝缘 从终端安装工艺说明中我们发现其终端内部压力与温度基 本呈线性关系如下表 截止温度 标准压力 PSIG 2 40F 4 5 45F 7 6 50F 10 7 55F 13 8 60F 16 9 65F 18 10 70F 21 12 75F 24 13 80F 27 14 85F 29 16 90F 32 17 95F 35 18 100F 38 19 105F 41 20 安装时的温度与截止压力表 在实际施工中发现电缆终端油压多数达不到工艺规程要求 尤其是户外型终端 其主要原因 1 安装过程中 电缆绝缘绕包外径未满足工艺规定 2 外方安装人员忽视油压偏低情况造成的危害 3 不排除电缆终端附件出厂时内部注油未满足规定要求 4 调节压力膨胀橡胶件失效 因为当时施工环境温度较高而当冬季来临环境温度较低时 电缆终端内部油压将有可能降至很低甚至到零 油压不能满足电气设计要求 终端内部保持一定压力 比较容易发生电缆终端击穿故障 为判定现运行电缆终端实际油压情况我局对运行中的 64 只美国 G W 公司生产的电缆终端进行检测 检测 结果发现大多数电缆终端油压按当时环境温度 油压偏低 未能满足安装工艺规定要求 尤其 110kV 雨庆 1 号 2 号线 4 只电缆户外终端 其余 2 只故障终端已更换为另外生产厂家 其中 2 只油压为零无法测定 为此我们对上 述电缆终端进行重新补油使压力达到工艺规定要求 同时我所积极与美国 G W 公司驻上海办事处有关技术人员对产品的结构设计及电缆终端故障原因进行技 术上分析 交流 基本认定电缆终端油压低是电缆终端击穿故障的一个主要原因 10 关于中压电缆铜屏蔽层熔断引起事故扩大的分析 上海电缆输配电公司 李 煜 摘 要 由于城市环境的限制 电力系统中电缆所占的比例在不断增长 按长度统计 目前中压电缆所占比例又为最大 而且经过这几年的城网改造交联电缆正在逐步替代油纸 电缆 而交联电缆多数采用的是铜带屏蔽 其截面一般较小 允许通过的故障电流也较小 所以一旦有较大故障电流经过时 有被烧断的危险 同时如果在继保整定时间内就熔断或 者继保未正常动作时就会引起故障扩大 本文就几起中压电缆故障实例来作一下分析 供 运行人员参考 关键词 电力电缆 故障 1 厦 34 故障情况分析 1 1 线路简介 厦 34 线路 电压等级 10KV 电缆型号 YJV22 3 400mm 2 线路长度 627 2 米 故障接头为 绕包型接头 该线路于 1997 年 5 月 6 日投运 1 2 事故经过 1999 年 9 月 10 日 20 45 发现某电缆工井内有火光冒出 据反映 16 00 起该工井内就有 烟冒出 由于起火原因不明 没有打开井盖灭火 直至 9 月 11 日凌晨 2 03 确认了是厦 34 线路起火后才将该线路拉停 火势熄灭 1 3 电缆故障分析 根据现场情况看 由于厦 34 电缆黄相接头故障 造成单相接地 厦门站为中性点经小电阻 接地系统 但在整个事故过程中厦 34 开关没有跳闸 故障接头是搁置在电缆支架上的 故 障点向上 电缆支架及接地扁铁都没有放电痕迹 事后也检查了两终端的接地 发现接地 线连接牢固 没有放电痕迹 所以判断为故障电缆的铜芯与铜屏蔽之间拉弧 电弧引起电 缆燃烧 经解剖故障接头发现 黄相绝缘熔化 露出接管及铜芯 30cm 长 该接头安装工艺 正确 初步认定为 增绕绝缘带质量问题造成绝缘击穿 引起故障 由于单相接地后开关 不知何原因没有及时跳闸 造成故障电缆持续燃烧 10 小时 故障扩大 2 川 12 故障情况分析 2 1 线路简介 川 12 线路 电压等级 10KV 电缆型号 YJV 3 400mm 2 线路长度 348 7 米 1995 年 3 月 投入运行 2 2 电缆故障分析 1999 年 11 月 7 日川 12 故障 故障点有两处 四川站外工井内 1 中间接头红相和站内终端 三相分叉处 根据现场情况分析 终端线鼻子至三相分叉处 线鼻子与铜带上都有严重的 铜绿 证明终端部位长期在潮湿环境中运行 电缆进潮严重 绝缘水平下降 1 绕包式中 间接头单相接地故障 接管明显过热颜色变红 由于保护未动作 故障电流在中间头故障 点与分叉处形成回路 分叉处是电缆接头的接地点 由于分叉处的绝缘水平下降 在长 时间通过大电流后绝缘击穿 故障引起燃烧 现场故障电缆的铜芯已熔断 烟气向上聚集 在开关仓内 造成相间短路 最终引起爆炸 3 海陆站事故分析 2000 年 2 月 24 日凌晨 海陆站 10 条 35kV 线路 陆威 3205 陆月 3217 陆南 3216 陆威 3206 陆德 3220 陆韩 3210 等 相继发生故障 站外电缆桥内 12 根电缆被烧毁 同时事 故扩大到海陆站主变 2 台主变经受多次故障电流冲击后 35kV 线圈被烧坏 引起全站停 电 3 1 跳闸 12 根电缆的资料 第一次跳闸六根电缆线路资料 线路名称 电缆型号 投运日期 长度 正母 陆盛 3205 YJV 3 400mm 2 95 12 01 955 6m 陆月 3217 YJV 3 400mm 2 95 12 01 945 6m 付母 陆盛 3206 YJV 3 400 mm 2 95 12 01 980m 陆韩 3210 YJV 3 400 mm 2 97 09 12 1061 7m 陆南 3216 YJV 3 400 mm 2 95 12 01 943 6m 陆德 3220 甲 YJV 3 400 mm 2 95 12 01 2048 5m 第二次跳闸电缆线路资料 陆罗 3214 YJV 3 400 mm 2 96 02 12 550m 陆罗 3225 YJV 3 400 mm 2 96 08 27 556 5m 陆德 3204 甲 YJV 3 400 mm 2 95 12 01 967m 陆月 3219 YJV 3 400 mm 2 98 08 03 1052m 3 2 现场情况及故障分析 场电缆经电缆桥内敷设穿越河流 电缆桥内共有 12 根电缆 电缆桥内剖面如下图所示 电缆桥剖面图 根据保护动作记录 可确定 3210 3206 3216 和 3220 四根电缆首先发生故障 但无法确 定哪根最早故障 从现场情况分析 3210 3206 的烧熔最严重 可能是由于起火后火势向 上 3206 3210 处于上排 燃烧严重 同时支撑 3206 3210 的支架上有明显的烧融点 3 3 结论 本次电缆事故是由电缆本体故障造成的 根据录波图可看出 某根电缆首先发生单相接地 故障 由于海陆站中性点是经消弧线圈接地的 单相接地开关不跳 在扩大为同一根电缆 的相间故障后跳闸 又重合闸 故障线路未被及时切除 加剧相间短路燃弧 电缆外屏蔽 层长时间通过故障电流 导致持续燃烧 扩大到其它电缆 4 几起类似事故所反映的问题 厦门站为中性点经小电阻接地系统 其零序保护的整定动作电流为 7A 流变变比为 400 5 故障接头井内电缆支架的接地电阻为 1 事后进行继电保护校验 动作是正常的 事故之 后我们作了以下测试 三相电缆接头统包金属屏蔽层 施加 560A 电流 观察 10 秒钟 屏蔽层没有熔断 根据国标 GB12706 3 91 中规定 采用铜带屏蔽的电缆铜带厚度应为 0 12mm 单芯 和 0 10mm 三芯 而对截面未作具体规定 按照 IEC 949 推荐的公式 S nW 式中 S 屏蔽层等值截面 mm 2 n 屏蔽带层数 W 屏蔽带宽度 mm 屏蔽带厚度 mm 按公式 计算出的 8 7 10kV 3 400mm 2电缆铜屏蔽带截面为 12 6mm2 其允许最大短路电流 为2 52kA 26 35kV 3 400mm 2电缆铜屏蔽带截面为15 1mm2 其允许最大短路电流为3 02kA 如果中性点采用经小电阻接地的系统 单相接地时短路故障电流一般小于 1kA 那么目前的 电缆铜屏蔽层是能够承受的 这一点无论是从理论计算还是模拟试验都可以证明 但如果 继保拒动 考虑到散热的影响 铜屏蔽层容易被烧断或者引起燃弧 这将导致电缆起火 或者系统发生两点接地时 这种可能性很小 铜屏蔽带将流过大故障电流 也会将铜屏 蔽带烧断 川 12 故障就属于这种情况 而对于中性点经消弧线圈接地的系统 两相异点同 时发生故障的概率较大 其短路电流一般在 15kA 20kA 这时电缆的铜屏蔽层根本承受不了 短路电流的冲击而被烧毁从而留下隐患或扩大事故 海陆站事故就是一次沉痛的教训 5 结论 5 1 铜屏蔽带型电缆一般能适用于中性点经小电阻接地系统 但不能承受大故障电流 虽 然大故障电流发生的几率很小 但也应引起注意 尤其是在制作中间接头时 建议恢复铜 屏蔽层时采用三相统包绕包 同时使得绕包层的截面不小于电缆本体的铜屏蔽层截面并做 到与电缆本体铜屏蔽层连接良好 5 2 对于中性点不接地或经消弧线圈接地系统 采用铜屏蔽带的电缆铜屏蔽层一般不能承 受故障电流 尤其是在有电缆和架空线混合线路时 由于重合闸的原因更容易引起事故扩 大 11 架空绝缘电缆若干问题的讨论 陈 昆 一 国内架空绝缘电缆发展的简略回顾 1986 年 7 月原水利电力部下达 关于城市配电网工作的通知 通知中规定 城市低压配电网要积极推 广和采用架空绝缘电缆 今后配电网中逐步以架空绝缘电缆更换架空裸线 新建项目一律采用架空绝缘电缆 上海电缆研究所结合城市配电网改造的需求 按照安全可靠 较长使用寿命 如 40 年以上 为目标 充 分吸取法国 芬兰 日本等国家的先进经验 对架空绝缘电缆的结构 材料 制造工艺 性能 试验方法等进 行了全面研究 短时间内完成研究工作 并在国内推广架空绝缘电缆 在研究推广的基础上 1990 年 GB12527 一 1990 额定电压 1kV 及以下架空绝缘电缆 发布实施 1993 年 GB14049 一 1993 额定电压 10kV 35kV 架空绝缘电缆 发布实施 两个技术标准的发布实施有力地推动了城市 配电网绝缘化的发展 尤其是额定电压 10kV 及以下城市配电网绝缘化的发展 1991 年电缆行业提出 国家级电线电缆 光缆新产品开发指南 指南 中将 额定电压 10 35kV 成束 架空绝缘电缆 列为优先开发的产品 要求解决屏蔽或中性线结构 无金属屏蔽电缆局部放电试验 消除不接 地系统中不平衡电流技术等问题 架空绝缘电缆的应用提高配电网供电的可靠性 减少了停电事故 有效防止触电事故 有利于保障人身安 全 有效解决城市绿化存在的 树线矛盾 因此架空绝缘电缆应用发展很快 根据不完全统计 1998 年额定 电压 10kV 架空绝缘电缆年产量约 3 万公里 这几年大规模进行的城乡电网改造 要求 380V 配电网配电距离应不超过 0 5km 10kV 配电网配电距离应 不超过 15km 综合线损率降到 10 以下 电压合格率达到 90 以上 由于城乡一体化目标的推进 加之近两 年正值城乡电网改造高峰期 架空绝缘电缆产量增长快 2000 年额定电压 10kV 架空绝缘电缆年产量约为 6 万 公里 额定电压 1kV 架空绝缘电缆品种多 制造厂家面很广 而且聚氯乙烯绝缘电缆占相当比例 尚无统计数 据 根据已经申请电线电缆产品型号使用证书的厂家统计 全国现有约 150 家生产 10kV 架空绝缘电缆的厂家 除采用化学交联方式生产外 采用硅烷交联方式和辐照交联方式生产占相当的比例 厂家间生产规模和市场占 有量差异大 二 关于架空绝缘电缆与架空裸绞线的载流量 行业中经常听到有人讨论架空绝缘电缆与架空裸绞线哪个载流量高 讨论这个问题之前重要的是搞清楚架 空绝缘电缆与架空裸绞线在最高允许工作温度概念上的不同和计算方法标准的不同 IEC60050 461 国际电工术语 电缆 461 08 中规定了架空绝缘电缆的两条术语 架空 绝缘 电缆 aerial insulated cable 设计用于架空悬挂及户外的绝缘电缆 集束架空电缆 bundle assembled aerial cable 由绞合在一起的一组绝缘线芯组成的架空电缆 其中可以包括也可以不包括裸导体 上述术语明确架空绝缘电缆是绝缘电缆 这是一个重要的概念 有人说架空绝缘电缆是不完全的电力电缆 因为用于架空悬挂敷设 因而省略了外面的包覆层及保护层 这是符合 IEC 术语定义的 绝缘电缆额定载流量与导体最高允许工作温度 电缆结构 如各部分材料热阻系数 导体电阻等 环境 条件参数 如环境温度 有无直接日光照射等 及敷设方式等有关 计算方法标准是 IEC60287 绝缘电缆导体 最高允许工作温度取决于绝缘材料 GB14049 一 1993 规定交联聚乙烯为 90 高密度聚乙烯为 75 架空裸绞线的载流量取决于最高允许工作温度 导体类型 导体电阻及环境参数 如环境温度 风速 日 照强度等 等因素 计算方法标准是 IEC61597 架空裸绞线最高允许工作温度主要取决于导体材料的热机械强 度 允许工作温度越高 运行时间越长 导体的机械强度损失也越大 一般都按照运行时间为 30 年 强度损失 不超过 7 10 来规定架空裸绞线的最高允许工作温度 根据运行经验确定 在正常最大负荷下 钢芯铝绞线 ACSR 的最高允许工作温度应不超过 80 1 注 1 电线电缆手册 第一册 第 76 页 正是注意到以上的不同点 GB14049 一 1993 在规定电缆导体最高长期允许 工作温度时 特别地按有承载线结构电缆和无承载线结构电缆两种分别规定 架空绝缘电缆与架空裸绞线的载流量计算方法标准不同 而且二者最高允许工作温度的概念也不同 三 关于钢芯铝绞线作为线芯的架空绝缘电缆 在制订 GB14049 一 1993 额定电压 10kV 35kV 架空绝缘电缆 时曾考虑过以钢芯铝绞线作为线芯的架空 绝缘电缆产品 由于这种产品结构落后 国外已不再生产 因此标准中未包括该种结构产品 现在看来国内仍有需求 一些企业参照 GB14049 一 1993 关于绝缘结构和产品性能指标制订企业标准组织 生产 应该引起注意的是采用化学交联方式生产的以钢芯铝绞线作为线芯的交联聚乙烯绝缘架空绝缘电缆产品 在交联聚乙烯绝缘电缆的生产过程中 绝缘线芯进入 380 400 的硫化管内交联 这一工艺过程本身就是一个 退火过程 上海电缆研究所曾和原兰溪电缆厂曾开展过绝缘线芯在交联前后铝导体拉断力变化的试验 拉制后 未作退火处理的铝单线 在交联后可达到 H6 状态铝单线的抗拉强度 抗拉强度为 125 165N mm 2 但达不到 H4 状态铝单线的抗拉强度 抗拉强度为 95 125N mm 2 说明不完全的退火过程是存在的 以钢芯铝绞线作为线芯的架空绝缘电缆产品往往是用于那些塔 杆 距跨度大 拉力要求高的场合 如果 线路改用化学交联方式生产的以钢芯铝绞线作为线芯的交联聚乙烯绝缘架空绝缘电缆后 仍采用钢芯铝绞线的 工程参数 可能会对安全运行产生影响 四 重视对敷设和运行的研究 法国 日本 澳大利亚等国家 20 世纪 60 年代初开始采用架空绝缘电缆 已经积累了 40 年的经验 CIGRE 曾介绍过这方面的敷设和运行实践 下面是两则有关的介绍 日本某电力公司约 27 5 万 km 的 6 6kV 架空配电线路 该线路向 800 万户用户供电 从 20 世纪 60 年代开 始使用架空绝缘电缆 到 90 年代初已将架空裸绞线全部更换为架空绝缘电缆 但采用架空绝缘电缆的线路因雷 击断线的事故增加 因为如果雷击闪络发生在两相或三相之间时 在故障点数千安的工频电弧电流可能持续 0 2 0 3 秒 直至变电站的断路器跳闸为止 工频电流往往集中在绝缘层的击穿点上 从而使电缆导体在断路 器跳闸前熔断 澳大利亚1960年开始在11kV配电网中使用架空绝缘电缆 用于防止在林区鸟害引起架空裸绞线互碰事故 提高供电安全性和可靠性 但绝缘层不足以耐受持久的电气应力 且在针式绝缘子的固定点上会产生无线电干 扰 为了避免无线电干扰 在绝缘子的固定点处将绝缘电缆的绝缘层剥除 但剥除绝缘层后 又出现水从剥去 绝缘层的位置进入 导致铝导体腐蚀 由于腐蚀引起线路故障的新问题 因此 80 年代曾一度被摒弃架空绝缘电 缆的应用 1983 年森林火灾横扫东南澳洲之后 又将架空绝缘电缆的应用重新提上议事日程 国外的经验提醒我们 架空绝缘电缆在发生振动和雷击时容易受到损伤 而损伤的部位大都发生在电杆上 的电缆固定的之处 这是架空绝缘电缆的缺点所在 国内大规模应用架空绝缘电缆的时间不长 但也已有 10 多年 集束架空绝缘电缆国内应用很少 大量使 用单芯架空绝缘电缆 架空绝缘电缆在电杆上敷设时一般安装于相应等级的绝缘子上 不剥除在绝缘子上的电 缆绝缘层 国内也出现过上述类似问题 一家厂的电缆在运行中曾出现导体在一处整体齐刷地断裂 我与厂家 也探讨过问题产生的原因 估计与电缆的振动有关 IEC 已对架空裸绞线提出无线电干扰要求 国内尚未引起 足够的重视 按澳大利亚的经验国内大量采用的架空绝缘电缆敷设方式会产生无线电干扰 也应引起注意 运行是电缆产品性能质量的一面镜子 同时也反映出线路设计 敷设技术等方面的问题 国内曾对用化学 交联 硅烷交联 辐照交联等不同方法制造架空绝缘电缆的利弊有争论 用户也特别关心各种方法对电缆质量 的影响 其实加强对运行的研究 积累运行数据是最能说明问题的 从国外的经验看 敷设方式也相当重要 应引起重视 芬兰 1984 年起采用带有金属电弧保护器的悬垂线 夹和耐张线夹 在 20kV 线路上积累了 1100 公里 年以上的运行经验 没有发生过一次由于电弧导致的断线事 故 法国配电网绝缘化程度已达到 90 芬兰也已达到 50 北欧国家的林区线路已广泛实现绝缘化 我国 配电网绝缘化的发展还有相当长的路要走 国内制造业应与用户部门紧密合作 进一步提高国内架空绝缘电缆 的制造和应用水平 参考文献 1 架空绝缘电缆讨论 电网改造话题之三 张兆焕 2 提高交联电缆产品质量的途径 蒋佩南 3 架空绝缘电缆与城市配电网绝缘化 陈建聪 12 交联电缆技术要求的新趋势及交流耐压试验的状况 江毅 钟建灵 广东省广电集团有限公司深圳供电分公司 广东深圳 518001 摘 要 介绍了 IEC 标准对交联电缆产品新的技术要求 目前国内电缆交流耐压试验普遍采用的几种方法 以及深 圳供电分公司在电缆交流耐压试验方面的现状 存在的不足之处 关键词 标准 交联电缆 交流耐压试验 1 IEC 标准对交联电缆技术要求的新趋势 IEC60502 1997 标准 适用于中低压 1 30kV 电缆 IEC60840 1999 标准 适用于高压 45 150 k V 电缆 IEC62067 2001 标准 适用于超高压 220 550 kV 电缆 已经颁布 对交联电缆产品技术要求有所不同 要求更加严格 1 1 局部放电量性能指标 不同电缆的局部放电试验指标介绍如下 a 中低压电缆 出厂试验 局部放电量由原来的在 1 5 U0 电压下不大于 20 pC 改为在 1 73 U0 电压下不大于 10pC 型式试验 局 部放电量由原来的在 1 5 U0 电压下不大于 20 pC 改为在 1 73 U0 电压下不大于 5 pC b 高压电缆 出厂试验 局部放电量仍然是在 1 5 U0 电压下不大于 10 pC 型式试验 局部放电量在 1 5 U0 电压下不大于 5 pC c 超高压电缆 出厂试验规定 局部放电量在 1 5 U0 电压下为 10 pC 或在更低背景噪音的灵敏度下无可分辨的局部放电 型式