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[摘 要]近年来随着经济的飞速发展，高压电缆线路日益增多。目前，工业建设中高压电缆敷设的线路越来越长，应用规模不断加大，由此产生的电缆故障率也在逐年攀升。本文主要介绍一起压缩机系统10kV单芯电力电缆屏蔽层发热事件，通过对电缆发热的理论分析、现场测试，确定事件产生的原因，并采取具体的处理措施。
[关键词]10kV电缆 发热问题 整改措施
中图分类号：TP291 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）45-0002-01
1、电缆设备发热的危害
电缆设备发热缺陷主要有三大危害。
1.1影响载流量。电缆设备发热将直接影响电缆线路的载流量，会使电缆的载流量降低30%～40%，甚至更多。
1.2影响电缆及电缆设备的使用寿命。电缆本体发热会使电缆主绝缘温度升高，加速绝缘老化；降低了充油电缆绝缘油的性能，直接影响电缆终端的使用寿命。
1.3影响电缆安全运行。电缆终端温度过高，可能直接引起电缆终端头爆炸；在高负荷情况下，由于电流作用，电缆设备连接部位发热会被进一步放大，可能导致电缆连接部位熔断，直接影响电缆线路安全。
2、设备概况
某天然气增压站安装有三台SIEMENS公司STCSV（06-5-A）型电驱离心式压缩机，变频器为SIEMENS公司GM150型中压变频器。驱动电机为1SQ67164HS90-Z型变频异步三相电机，额定电压为4160V。隔离变压器与变频器、变频器与驱动电机之间为耐压等级10KV的PROTOTHEN×N2XSY1×240RM/2510kV单芯交联聚乙烯铜线屏蔽电力电缆。每根电缆长度200m。电缆的结构从内到外依次为电缆线芯、交联聚乙烯绝缘层、铜线编织屏蔽层、外护套层。隔离变压器与變频器、变频器与主电机之间的10kV单芯电缆铜线屏蔽层采用两端直接接地的连接方式。
3、10KV单芯电缆异常发热情况
2016年6月，某增压站值班人员巡检过程中发现3#GM150中压变频器进线侧一高压电缆连接头处有明显的过热外皮护套融化痕迹。另有A相单芯电缆屏蔽层至接地排铜辫绝缘胶带过热融化。
2016年7月，压缩机运行过程中，变电所缆式线型感温火灾探测器发生报警（报警值设置为70℃），此段电缆位于变频器到主电机之间。技术人员随后利用测温枪对电缆进行温度测量，发现电缆表层温度在62℃-75℃之间，远远高于当时的环境温度31℃，电缆存在严重的发热情况。随后工作人员对增压站内三台压缩机的隔离变压器-变频器和变频器-电机之间的电缆进行检测，发现均存在发热现象。
4、发热原因分析及处理措施
4.1发热原因分析
经初步分析认为，有以下原因可能导致铁抱箍发热：（1）电缆质量有问题；（2）环境温度过高；（3）铁抱箍处于交变电磁场中，铁片内部产生涡流，涡流损耗和磁滞损耗导致发热。（4）屏蔽层双端接地导致护套内环流增大。单芯电缆的线芯和屏蔽层之间相当于变压器的初级绕组和次级绕组的关系。当电缆线芯通过电流时，根据法拉利电磁感应定律，其周围产生磁通，磁通同时与线芯和屏蔽层相链，并在线芯和屏蔽层上产生感应电动势。感应电动势在单芯电缆的金属屏蔽层产生较大的环流。感应电压的大小与线芯电流、电缆长度和敷设方式有关，还与周围回路的排列方式、距离等有关。当电缆很长时，屏蔽层上的感应电压会很大。一旦电缆出现短路故障或者过电压的情况，屏蔽层出现很高的感应电压，过高的感应电压会增大屏蔽层环流损耗，减小电缆载流量，电缆运行温度升高，甚至会击穿外绝缘层，造成重大事故和不必要的损失。因此应该加强对电力电缆接地感应环流的监控，保障电力电缆的安全、稳定运行。
根据投产以来西门子压缩机的运行记录，再结合电机运行状况，电机的电流、电压等运行参数都在正常范围内，初步判断单芯电缆双端接地使屏蔽层存在环流，从而导致电缆发热。
4.2单芯电缆铜线屏蔽层环流实测分析
以2#压缩机作为实例进行测试，测试过程中实时监测进线电缆温度、出现电缆温度、单芯电缆屏蔽层环流三个参数的变化。开始测试的时间为0，将测试数据整理，如图1所示。
由图1可以看出变频器进、出线电缆温度与变频器电流的变化趋势基本保持一致。电流大小保持在800A左右时，压缩机处于空载状态；电流为1300A时，压缩机处于正常加载状态。在0～18h时间段内，电流稳定，电缆温度变化不大；在18h～25h时间段内，压缩机负载增大，变频器电流随之增大，进出线电缆温度升高。电缆温度最高温64℃，远高于当时环境温度28℃，存在较严重的电缆发热问题。由图2发现，单芯电缆屏蔽层环流与电机电流近似成正比例关系，电机电流为1300A时，屏蔽层环流达到42.5A，另外在对其它单芯电缆抽取测试时，屏蔽层环流最大为83A。
5、整改措施
（1）对3#变频器出线电缆烧坏处更换新的热缩护套，并对其屏蔽线进行重新制作。
（2）更改电缆护套的接地方式，将变频器至电机之间电缆屏蔽层由双端接地改为单端接地，并在电机侧屏蔽层加装型号为LHQ-6的护层保护器。整改后对屏蔽线电流进行测量，当电机电流为达到1300A时，现场测得屏蔽层感应电压为6.5A，感应电流为1.2A，符合GB/T50217-2007规定的感应电压不超过50V的要求，电缆发热问题得到有效解决。
结束语
（1）为降低单芯电缆的屏蔽层环流，合理选择单芯电缆屏蔽层的接地方式。采用何种屏蔽层接地方式应根据电缆线路长度、排列方式等比较进行优化设计。⑵对于不同工作条件下的电力电缆，影响环流程度的因素不尽相同，实际应用中需找出影响环流的主要因素并予以防治。⑶结合现场电气设备的运行情况，定期检查电缆屏蔽层的绝缘阻值，及时发现问题，并采取必须的措施。
参考文献
[1]柳洪波.分析10kV电缆线路常见故障及预控[J].通讯世界，2017（02）：168-169.
[2]吴锦秋，陈宇浩.浅谈10kV电缆线路常见故障及防范措施[J].科技创新与应用，2017（05）：167-168.
[3]邓家荣.10kV电缆分接箱除湿装置研制[J].中国高新技术企业，2017（05）：3-4.
[关键词]10kV电缆 发热问题 整改措施
中图分类号：TP291 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）45-0002-01
1、电缆设备发热的危害
电缆设备发热缺陷主要有三大危害。
1.1影响载流量。电缆设备发热将直接影响电缆线路的载流量，会使电缆的载流量降低30%～40%，甚至更多。
1.2影响电缆及电缆设备的使用寿命。电缆本体发热会使电缆主绝缘温度升高，加速绝缘老化；降低了充油电缆绝缘油的性能，直接影响电缆终端的使用寿命。
1.3影响电缆安全运行。电缆终端温度过高，可能直接引起电缆终端头爆炸；在高负荷情况下，由于电流作用，电缆设备连接部位发热会被进一步放大，可能导致电缆连接部位熔断，直接影响电缆线路安全。
2、设备概况
某天然气增压站安装有三台SIEMENS公司STCSV（06-5-A）型电驱离心式压缩机，变频器为SIEMENS公司GM150型中压变频器。驱动电机为1SQ67164HS90-Z型变频异步三相电机，额定电压为4160V。隔离变压器与变频器、变频器与驱动电机之间为耐压等级10KV的PROTOTHEN×N2XSY1×240RM/2510kV单芯交联聚乙烯铜线屏蔽电力电缆。每根电缆长度200m。电缆的结构从内到外依次为电缆线芯、交联聚乙烯绝缘层、铜线编织屏蔽层、外护套层。隔离变压器与變频器、变频器与主电机之间的10kV单芯电缆铜线屏蔽层采用两端直接接地的连接方式。
3、10KV单芯电缆异常发热情况
2016年6月，某增压站值班人员巡检过程中发现3#GM150中压变频器进线侧一高压电缆连接头处有明显的过热外皮护套融化痕迹。另有A相单芯电缆屏蔽层至接地排铜辫绝缘胶带过热融化。
2016年7月，压缩机运行过程中，变电所缆式线型感温火灾探测器发生报警（报警值设置为70℃），此段电缆位于变频器到主电机之间。技术人员随后利用测温枪对电缆进行温度测量，发现电缆表层温度在62℃-75℃之间，远远高于当时的环境温度31℃，电缆存在严重的发热情况。随后工作人员对增压站内三台压缩机的隔离变压器-变频器和变频器-电机之间的电缆进行检测，发现均存在发热现象。
4、发热原因分析及处理措施
4.1发热原因分析
经初步分析认为，有以下原因可能导致铁抱箍发热：（1）电缆质量有问题；（2）环境温度过高；（3）铁抱箍处于交变电磁场中，铁片内部产生涡流，涡流损耗和磁滞损耗导致发热。（4）屏蔽层双端接地导致护套内环流增大。单芯电缆的线芯和屏蔽层之间相当于变压器的初级绕组和次级绕组的关系。当电缆线芯通过电流时，根据法拉利电磁感应定律，其周围产生磁通，磁通同时与线芯和屏蔽层相链，并在线芯和屏蔽层上产生感应电动势。感应电动势在单芯电缆的金属屏蔽层产生较大的环流。感应电压的大小与线芯电流、电缆长度和敷设方式有关，还与周围回路的排列方式、距离等有关。当电缆很长时，屏蔽层上的感应电压会很大。一旦电缆出现短路故障或者过电压的情况，屏蔽层出现很高的感应电压，过高的感应电压会增大屏蔽层环流损耗，减小电缆载流量，电缆运行温度升高，甚至会击穿外绝缘层，造成重大事故和不必要的损失。因此应该加强对电力电缆接地感应环流的监控，保障电力电缆的安全、稳定运行。
根据投产以来西门子压缩机的运行记录，再结合电机运行状况，电机的电流、电压等运行参数都在正常范围内，初步判断单芯电缆双端接地使屏蔽层存在环流，从而导致电缆发热。
4.2单芯电缆铜线屏蔽层环流实测分析
以2#压缩机作为实例进行测试，测试过程中实时监测进线电缆温度、出现电缆温度、单芯电缆屏蔽层环流三个参数的变化。开始测试的时间为0，将测试数据整理，如图1所示。
由图1可以看出变频器进、出线电缆温度与变频器电流的变化趋势基本保持一致。电流大小保持在800A左右时，压缩机处于空载状态；电流为1300A时，压缩机处于正常加载状态。在0～18h时间段内，电流稳定，电缆温度变化不大；在18h～25h时间段内，压缩机负载增大，变频器电流随之增大，进出线电缆温度升高。电缆温度最高温64℃，远高于当时环境温度28℃，存在较严重的电缆发热问题。由图2发现，单芯电缆屏蔽层环流与电机电流近似成正比例关系，电机电流为1300A时，屏蔽层环流达到42.5A，另外在对其它单芯电缆抽取测试时，屏蔽层环流最大为83A。
5、整改措施
（1）对3#变频器出线电缆烧坏处更换新的热缩护套，并对其屏蔽线进行重新制作。
（2）更改电缆护套的接地方式，将变频器至电机之间电缆屏蔽层由双端接地改为单端接地，并在电机侧屏蔽层加装型号为LHQ-6的护层保护器。整改后对屏蔽线电流进行测量，当电机电流为达到1300A时，现场测得屏蔽层感应电压为6.5A，感应电流为1.2A，符合GB/T50217-2007规定的感应电压不超过50V的要求，电缆发热问题得到有效解决。
结束语
（1）为降低单芯电缆的屏蔽层环流，合理选择单芯电缆屏蔽层的接地方式。采用何种屏蔽层接地方式应根据电缆线路长度、排列方式等比较进行优化设计。⑵对于不同工作条件下的电力电缆，影响环流程度的因素不尽相同，实际应用中需找出影响环流的主要因素并予以防治。⑶结合现场电气设备的运行情况，定期检查电缆屏蔽层的绝缘阻值，及时发现问题，并采取必须的措施。
参考文献
[1]柳洪波.分析10kV电缆线路常见故障及预控[J].通讯世界，2017（02）：168-169.
[2]吴锦秋，陈宇浩.浅谈10kV电缆线路常见故障及防范措施[J].科技创新与应用，2017（05）：167-168.
[3]邓家荣.10kV电缆分接箱除湿装置研制[J].中国高新技术企业，2017（05）：3-4.