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摘要：本文结合某供电系统实例探讨35 kV供电线路运行时易出现的问题，总结并分析了电缆出现的事故，并提出对应的解决措施。
关键词：中性点 接地 故障
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-378-02
1前言
某公司有9座35 kV变电站，根据设计需要，35 kV变电站布设成放射状，总体来说较为分散。当前，该公司共有48回35 kV供电回路，为输送负荷的主要承担者。电缆类型为ZR-YJV-26/35 kV单芯电缆，里程在350 km左右。220/35 kV降压主变压器中35 kV中性点接地方式为经消弧线圈接地，该补偿方式在线路出现单相接地时不能达到理想的熄弧效果。另外，配备了小电流接地选线装置，但该装置在运行时效果并不十分显著，误差较大，且只能运用拉路法解决单相接地问题，时间耗费多，造成事故的概率较大。自2007年11月～2012年12月，共出现故障回路6起，严重影响企业的正常运行。
2 35 kV单芯电缆故障原因分析
通过对该企业供电系统的研究和分析，笔者认为35 kV单芯电缆发生故障主要存在以下几个方面的原因：
第一，35 kV单芯电缆结构，导致感应电势产生。35 kV单芯电缆结构主要有电缆的护层、屏蔽层、外半导层、主绝缘层、内半导层、铜芯。电缆护层的主要作用为保护电缆屏蔽层，防止屏蔽层的感应电压放电。屏蔽层能够屏蔽电磁场，减轻电磁干扰强度，内外半导层可以改善导体与主绝缘空隙及屏蔽层的导电能力，这便达到主绝缘保护的目的。单芯电缆的结构特点，决定了其通电时屏蔽层一定会产生感应电势。（建议：加入电缆截面图，使结构表述更直观）
二，该35 kV单芯电缆的屏蔽层的接地方式设计不合理，导致单芯电缆运行时的屏蔽层的感应电势无法消散，导致非接地端电势的产生，对设备和人身造成危害。该企业在2009年以前的设计，35 kV单芯电缆全部采用单端接地、一端悬空的方式。如果采用电缆屏蔽层两端接地，则屏蔽层会有电流通过，电缆会发热，影响电缆的载流量，因此我们对所有 35 kV單芯电缆采用了电缆屏蔽层单端接地的接地方式，而没有考虑屏蔽层的感应电势的大小及处理方法。根据电缆的运行规程规定：屏蔽层的感应电流超过20 A时，电缆头的屏蔽层要单端接地；如果屏蔽层的感应电势超过50 V，必须采用交叉互联接地或电缆的中间接地、两端采用保护接地的方式。从实测得到的屏蔽层的感应电势来看，有4回路屏蔽层的感应电势超过50 V，但没有采用交叉互联接地或电缆的中间接地而两端采用保护接地的方式。可见，单芯电缆的屏蔽层的接地方式存在部分电缆的屏蔽层的接地方式不正确的问题，从而诱发电缆事故的发生。
第三，单芯电缆的耐压试验方法缺失，导致单芯电缆在运行中存在安全隐患。该企业所有电缆的试验方法和标准都是按照1996年颁发的《电力设备预防性试验规程》中的标准进行，对交联聚乙烯主绝缘的电缆进行主绝缘的直流耐压试验。实验证明，交联聚乙烯主绝缘的电缆进行直流耐压时，电缆的聚乙烯具有积累电荷的效应，运行时由水树枝、电树枝形成，在水树枝、电树枝端头积累的电荷难以消散，从而加剧了电缆的老化。由于缺乏35 kV单芯电缆运行及维护的经验，也未对35 kV单芯电缆的护层进行耐压试验，对护层的绝缘不重视，忽视了护层的耐压试验环节，从而造成当屏蔽层的感应电势过高时，感应电压在护层绝缘破损处对地放电。
第四，电缆在施工过程中存在监管不到位的情况，造成电缆的护层乃至主绝缘被损伤。35 kV单芯电缆的敷设大都采用3根平行敷设方式，电缆在运行过程中产生的感应电势在护层破损处对地放电，由于屏蔽层对地放电产生的弧光一次次对主绝缘进行烧蚀，最终发生主绝缘被烧薄而对地击穿的情况（如图1）。
图1：电缆护层烧伤
出现此情况的原因主要有2个：一是电缆敷设路径不够规范。通常情况下，企业布线当然不如电力系统，其落差大，转弯多，电缆被挤压、拉伸而变形。另外，该系统桥架制作安装在变位时没有处理好，有尖锐的铁钩件刺破电缆护层和主绝缘的隐患。二是电缆敷设大部分采取人工及圈扬机拽引措施，若电缆在500m以上，施工时很多情况都会破坏电缆护层。
单芯电缆基本上采取3根平行式敷设。和10 kV系统不同，35 kV系统一旦出现一相接地时，很容易会发展至二相短路，而且35 kV等级线路短路时散发的热量远非10 kV线路可比，造成的破坏性也非10 kV线路可比，常常引起大面积停电的情况。如果损坏了单芯电缆的外护层，电缆便很容易被损坏。
第五，35 kV系统电容电流过大，当35 kV系统发生单相接地时，往往导致事故扩大。以220 kV变电站为例，变电站35 kV等级分为4段，每段的出线电缆长度约15 km，经过计算电容电流约56 A，电容电流比较大，实际测量每段电容电流一般在55 A左右，而当时220 kV变电站的35 kV系统中性点为经消弧线圈接地方式，消弧线圈的容量为60 A/台。当 35 kV系统发生接地时容易引起 35 kV系统谐振过电压，加剧系统的不稳定性，容易导致系统设备的绝缘薄弱点被击穿，引起更大的电气设备事故。此外，当运行方式发生改变时，如一台主变带两段 35 kV用电负荷时，电容电流将达到更高（>100 A），如果这时发生单相接地，将有大量的电容电流得不到补偿，欠补偿也一样会引起系统谐振过电压。可见，电容电流过大时要通过消弧线圈来补偿，这时需要投人更多的设备，同时目前还存在消弧线圈补偿自动跟踪不可靠的问题。这时，故障点的电弧要经过消弧线圈补偿来熄弧变得十分困难，尽管目前公司也使用了小电流接地选线装置，但每次发生电缆单相接地都未能准确选出故障回路，因此必须采用拉法路寻找故障回路，在大电容电流的情况下，故障点会迅速发展成二相短路，这时的后果往往是不堪设想的。 总之，对于35 kV单芯电缆金属屏蔽層，长度、规格及流经电流大小不同而产生的感应电势不同，在其他条件不变时，截流量和电缆长度呈正比，因此电势和电缆长度亦呈正比，电势越高，危害性就越大，对此，就需要采取一定的针对性措施。
3 35 kV单芯电缆故障解决方法
3.1单芯电缆金属屏蔽层感应电势抑制措施
依据电缆运行规程中相关要求，在屏蔽层感应电势>50 V时，接地方式要么就是交叉互联接地，要么就是中间接地、两端保护接地。企业动力厂根据电缆运行时金属屏蔽层感应电势的测量及分析结果，有针对性进行接地处理，具体如下：≤500 m，感应电势≤20 V，进行单端接地；500～1000 m，感应电势20 V～50 V，进行中间接地、两端保护接地；1000～2000 m，感应电势≥50 V，进行交叉互联接地。如果接地方式符合以上规定，屏蔽层的感应电势能控制在20 V以内，可以保证电缆正常运行。由于该企业对35 kV单芯电缆的屏蔽层的接地方式做好全方位改善，最近几年电缆的故障次数明显下降。
3.2 做好35 kV单芯电缆护层及主绝缘试验工作
近年来，该企业有针对性地对原电缆桥架进行改造，对新敷设的桥架进行认真验收，确保电缆在敷设和运行过程中，不会损伤电缆外护套，对转弯和上、下落差大的地方采用增加绝缘胶垫的方法，防止电缆在运行过程中，由于振动和自重力作用损伤外护套；同时，对电缆外护套进行直流耐压，以确保电缆外护套性能良好；此外，对电缆的主绝缘进行试验，采用串联谐振的交流耐压，解决交联聚乙烯材料具有记忆功能的问题。实施这些措施后，取得了很好的效果。实践证明，只要施工工艺和试验方法得当，单芯电缆的故障率可以大大减少。
3.3将部分35 kV系统经消弧线圈接地改为小电阻接地
对220 kV站35 kV系统的接地方式进行了改造，采用小电阻接地方式，中性点接地电阻柜型号为FN-GR38.5 kV-556 A-10 s，最大电流为556 A，电阻为40 Ω，检测供电回路的零序电流，当检测到零序电流大于通常运行方式时的最大电容电流时，即可判断电缆发生了单相接地故障，并快速切断故障回路，有效地防止了事故的扩大，杜绝火灾险情。小电阻接地的系统要求接地电阻必须满足以下要求：一是选择接地电阻值时，应保证电阻的接地电流Ir=（1～1.5）Ic，以限制过电压值不超过2.6倍（此数值是高压电动机、发电机可以承受的最大过电压倍数）。研究表明，进一步减少电阻值，提高电阻接地电流对降低内过电压收效不大。二是从保证人身及设备安全出发，对接地电阻为4 Ω的用户变电站，接地故障电流不宜超过150 A，即系统的Ic和Ir控制在100 A左右为宜。当Ic超过100 A时，可采取如下措施：增加变电站的母线段数，减少一段母线上连接的出线数量，即降低该段母线的电容电流；给中性点接地电阻串联一只干式小电抗，把Ic补偿到100 A以下。
目前，该企业的电气设备系统按上述措施整改后，系统运行故障率有了明显下降。
4结束语
综上所述，要想降低电缆运行故障率，首先要提高电缆施工质量并做好电缆试验检测工作；其次要控制好电缆屏蔽层感应电势的参数值，使之处于安全的范围内。第三可以考虑采用小电阻接地方式替代经消弧线圈接地方式，快速切断故障回路，防止事故扩大。虽然该接地方式虽在故障回路切断方面效果较好，但不利于企业连续生产，因此需要适当采用。
参考文献：
[1]林春华. 35kV电缆故障的分析和处理[J]. 大众用电. 2009（07）
[2]杨杰，李翔宇. 单芯电缆金属护套的接地[J]. 新疆电力技术. 2010（04）
[3]李凯乐. 保护层交叉换位互联在电力电缆中的应用[J]. 广西电力. 2006（02）
[4]张恩峰，孟凡民，李昆鹏. 35～110k单芯电力电缆金属护层接地方式的探讨[J]. 中国煤炭. 2008（08）
关键词：中性点 接地 故障
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-378-02
1前言
某公司有9座35 kV变电站，根据设计需要，35 kV变电站布设成放射状，总体来说较为分散。当前，该公司共有48回35 kV供电回路，为输送负荷的主要承担者。电缆类型为ZR-YJV-26/35 kV单芯电缆，里程在350 km左右。220/35 kV降压主变压器中35 kV中性点接地方式为经消弧线圈接地，该补偿方式在线路出现单相接地时不能达到理想的熄弧效果。另外，配备了小电流接地选线装置，但该装置在运行时效果并不十分显著，误差较大，且只能运用拉路法解决单相接地问题，时间耗费多，造成事故的概率较大。自2007年11月～2012年12月，共出现故障回路6起，严重影响企业的正常运行。
2 35 kV单芯电缆故障原因分析
通过对该企业供电系统的研究和分析，笔者认为35 kV单芯电缆发生故障主要存在以下几个方面的原因：
第一，35 kV单芯电缆结构，导致感应电势产生。35 kV单芯电缆结构主要有电缆的护层、屏蔽层、外半导层、主绝缘层、内半导层、铜芯。电缆护层的主要作用为保护电缆屏蔽层，防止屏蔽层的感应电压放电。屏蔽层能够屏蔽电磁场，减轻电磁干扰强度，内外半导层可以改善导体与主绝缘空隙及屏蔽层的导电能力，这便达到主绝缘保护的目的。单芯电缆的结构特点，决定了其通电时屏蔽层一定会产生感应电势。（建议：加入电缆截面图，使结构表述更直观）
二，该35 kV单芯电缆的屏蔽层的接地方式设计不合理，导致单芯电缆运行时的屏蔽层的感应电势无法消散，导致非接地端电势的产生，对设备和人身造成危害。该企业在2009年以前的设计，35 kV单芯电缆全部采用单端接地、一端悬空的方式。如果采用电缆屏蔽层两端接地，则屏蔽层会有电流通过，电缆会发热，影响电缆的载流量，因此我们对所有 35 kV單芯电缆采用了电缆屏蔽层单端接地的接地方式，而没有考虑屏蔽层的感应电势的大小及处理方法。根据电缆的运行规程规定：屏蔽层的感应电流超过20 A时，电缆头的屏蔽层要单端接地；如果屏蔽层的感应电势超过50 V，必须采用交叉互联接地或电缆的中间接地、两端采用保护接地的方式。从实测得到的屏蔽层的感应电势来看，有4回路屏蔽层的感应电势超过50 V，但没有采用交叉互联接地或电缆的中间接地而两端采用保护接地的方式。可见，单芯电缆的屏蔽层的接地方式存在部分电缆的屏蔽层的接地方式不正确的问题，从而诱发电缆事故的发生。
第三，单芯电缆的耐压试验方法缺失，导致单芯电缆在运行中存在安全隐患。该企业所有电缆的试验方法和标准都是按照1996年颁发的《电力设备预防性试验规程》中的标准进行，对交联聚乙烯主绝缘的电缆进行主绝缘的直流耐压试验。实验证明，交联聚乙烯主绝缘的电缆进行直流耐压时，电缆的聚乙烯具有积累电荷的效应，运行时由水树枝、电树枝形成，在水树枝、电树枝端头积累的电荷难以消散，从而加剧了电缆的老化。由于缺乏35 kV单芯电缆运行及维护的经验，也未对35 kV单芯电缆的护层进行耐压试验，对护层的绝缘不重视，忽视了护层的耐压试验环节，从而造成当屏蔽层的感应电势过高时，感应电压在护层绝缘破损处对地放电。
第四，电缆在施工过程中存在监管不到位的情况，造成电缆的护层乃至主绝缘被损伤。35 kV单芯电缆的敷设大都采用3根平行敷设方式，电缆在运行过程中产生的感应电势在护层破损处对地放电，由于屏蔽层对地放电产生的弧光一次次对主绝缘进行烧蚀，最终发生主绝缘被烧薄而对地击穿的情况（如图1）。
图1：电缆护层烧伤
出现此情况的原因主要有2个：一是电缆敷设路径不够规范。通常情况下，企业布线当然不如电力系统，其落差大，转弯多，电缆被挤压、拉伸而变形。另外，该系统桥架制作安装在变位时没有处理好，有尖锐的铁钩件刺破电缆护层和主绝缘的隐患。二是电缆敷设大部分采取人工及圈扬机拽引措施，若电缆在500m以上，施工时很多情况都会破坏电缆护层。
单芯电缆基本上采取3根平行式敷设。和10 kV系统不同，35 kV系统一旦出现一相接地时，很容易会发展至二相短路，而且35 kV等级线路短路时散发的热量远非10 kV线路可比，造成的破坏性也非10 kV线路可比，常常引起大面积停电的情况。如果损坏了单芯电缆的外护层，电缆便很容易被损坏。
第五，35 kV系统电容电流过大，当35 kV系统发生单相接地时，往往导致事故扩大。以220 kV变电站为例，变电站35 kV等级分为4段，每段的出线电缆长度约15 km，经过计算电容电流约56 A，电容电流比较大，实际测量每段电容电流一般在55 A左右，而当时220 kV变电站的35 kV系统中性点为经消弧线圈接地方式，消弧线圈的容量为60 A/台。当 35 kV系统发生接地时容易引起 35 kV系统谐振过电压，加剧系统的不稳定性，容易导致系统设备的绝缘薄弱点被击穿，引起更大的电气设备事故。此外，当运行方式发生改变时，如一台主变带两段 35 kV用电负荷时，电容电流将达到更高（>100 A），如果这时发生单相接地，将有大量的电容电流得不到补偿，欠补偿也一样会引起系统谐振过电压。可见，电容电流过大时要通过消弧线圈来补偿，这时需要投人更多的设备，同时目前还存在消弧线圈补偿自动跟踪不可靠的问题。这时，故障点的电弧要经过消弧线圈补偿来熄弧变得十分困难，尽管目前公司也使用了小电流接地选线装置，但每次发生电缆单相接地都未能准确选出故障回路，因此必须采用拉法路寻找故障回路，在大电容电流的情况下，故障点会迅速发展成二相短路，这时的后果往往是不堪设想的。 总之，对于35 kV单芯电缆金属屏蔽層，长度、规格及流经电流大小不同而产生的感应电势不同，在其他条件不变时，截流量和电缆长度呈正比，因此电势和电缆长度亦呈正比，电势越高，危害性就越大，对此，就需要采取一定的针对性措施。
3 35 kV单芯电缆故障解决方法
3.1单芯电缆金属屏蔽层感应电势抑制措施
依据电缆运行规程中相关要求，在屏蔽层感应电势>50 V时，接地方式要么就是交叉互联接地，要么就是中间接地、两端保护接地。企业动力厂根据电缆运行时金属屏蔽层感应电势的测量及分析结果，有针对性进行接地处理，具体如下：≤500 m，感应电势≤20 V，进行单端接地；500～1000 m，感应电势20 V～50 V，进行中间接地、两端保护接地；1000～2000 m，感应电势≥50 V，进行交叉互联接地。如果接地方式符合以上规定，屏蔽层的感应电势能控制在20 V以内，可以保证电缆正常运行。由于该企业对35 kV单芯电缆的屏蔽层的接地方式做好全方位改善，最近几年电缆的故障次数明显下降。
3.2 做好35 kV单芯电缆护层及主绝缘试验工作
近年来，该企业有针对性地对原电缆桥架进行改造，对新敷设的桥架进行认真验收，确保电缆在敷设和运行过程中，不会损伤电缆外护套，对转弯和上、下落差大的地方采用增加绝缘胶垫的方法，防止电缆在运行过程中，由于振动和自重力作用损伤外护套；同时，对电缆外护套进行直流耐压，以确保电缆外护套性能良好；此外，对电缆的主绝缘进行试验，采用串联谐振的交流耐压，解决交联聚乙烯材料具有记忆功能的问题。实施这些措施后，取得了很好的效果。实践证明，只要施工工艺和试验方法得当，单芯电缆的故障率可以大大减少。
3.3将部分35 kV系统经消弧线圈接地改为小电阻接地
对220 kV站35 kV系统的接地方式进行了改造，采用小电阻接地方式，中性点接地电阻柜型号为FN-GR38.5 kV-556 A-10 s，最大电流为556 A，电阻为40 Ω，检测供电回路的零序电流，当检测到零序电流大于通常运行方式时的最大电容电流时，即可判断电缆发生了单相接地故障，并快速切断故障回路，有效地防止了事故的扩大，杜绝火灾险情。小电阻接地的系统要求接地电阻必须满足以下要求：一是选择接地电阻值时，应保证电阻的接地电流Ir=（1～1.5）Ic，以限制过电压值不超过2.6倍（此数值是高压电动机、发电机可以承受的最大过电压倍数）。研究表明，进一步减少电阻值，提高电阻接地电流对降低内过电压收效不大。二是从保证人身及设备安全出发，对接地电阻为4 Ω的用户变电站，接地故障电流不宜超过150 A，即系统的Ic和Ir控制在100 A左右为宜。当Ic超过100 A时，可采取如下措施：增加变电站的母线段数，减少一段母线上连接的出线数量，即降低该段母线的电容电流；给中性点接地电阻串联一只干式小电抗，把Ic补偿到100 A以下。
目前，该企业的电气设备系统按上述措施整改后，系统运行故障率有了明显下降。
4结束语
综上所述，要想降低电缆运行故障率，首先要提高电缆施工质量并做好电缆试验检测工作；其次要控制好电缆屏蔽层感应电势的参数值，使之处于安全的范围内。第三可以考虑采用小电阻接地方式替代经消弧线圈接地方式，快速切断故障回路，防止事故扩大。虽然该接地方式虽在故障回路切断方面效果较好，但不利于企业连续生产，因此需要适当采用。
参考文献：
[1]林春华. 35kV电缆故障的分析和处理[J]. 大众用电. 2009（07）
[2]杨杰，李翔宇. 单芯电缆金属护套的接地[J]. 新疆电力技术. 2010（04）
[3]李凯乐. 保护层交叉换位互联在电力电缆中的应用[J]. 广西电力. 2006（02）
[4]张恩峰，孟凡民，李昆鹏. 35～110k单芯电力电缆金属护层接地方式的探讨[J]. 中国煤炭. 2008（08）