10kv出線電纜 - 一起10kv出線電纜的故障分析及防止措施
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一、10KV出線電纜故障及其判斷尋查處理經(jīng)過
2012年1月21日21時，涿鹿110kv變電站10kv母線接地保護動作，瞬間10kv583#出線保護電流速斷也動作，室內(nèi)10kv出線油開關(guān)跳閘。重合閘裝置動作后，開關(guān)重合未成再次跳閘。為保證城鎮(zhèn)客戶用電，退出重合閘后，21：03時，又手動試送583#出線開關(guān)末成，再次跳閘。此時值班員聽到室外有放電聲音，立即跑到室外進行檢查，發(fā)現(xiàn)配電室墻上面583#出線穿墻套管處，a相、b相，架空出線的弓子線被燒傷散股，c相弓子線已被燒斷開路。三只穿墻套管接線柱處被燒傷，套管瓷緣表面也有放電痕跡。值班員到配電室檢查發(fā)現(xiàn)583#出線開關(guān)，油色變黑。
583#線路故障停電后，供電所人員對線路進行了夜巡，未發(fā)現(xiàn)故障點。因此初步判斷短路故障是由站內(nèi)583#出線穿墻套管c相弓子線斷線引起弧光短路造成。當夜，修試人員檢修了583#開關(guān)，更換了開關(guān)內(nèi)的油。清洗了穿墻套管，打磨套管的銅接線柱，又重新連接好c相弓子線后，再次試送583#開關(guān)。
結(jié)果試送時開關(guān)再次跳閘，此時認為故障點還是在套管處。因此又去穿墻套管處檢查，并未發(fā)現(xiàn)異常，說明故障不在此處。經(jīng)分析認為c相弓子線被燒斷的原因，是583#開關(guān)試送電時，合在其它故障點上，是短路電流和電動力作用將c相弓子線燒斷開路后，產(chǎn)生弧光發(fā)出放電聲音。為此又尋查從站內(nèi)10kv出線架構(gòu)至583#架空線始端桿段的10kv直埋電纜，發(fā)現(xiàn)電纜首端的終端頭有些損傷，認為故障可能是由此處引起的，因天黑計劃在22日重新做電纜終端頭處理。
22日早5時，供電所人員再次對583#架空線路和其它分支電纜線路終端頭認真進行尋查，因未發(fā)現(xiàn)問題，排除了是架空線路發(fā)生故障的可能性。
修試人員又更換了583#出線開關(guān)內(nèi)的油，制造好電纜終端頭，并將出線電纜和583#架空線路從始端桿上斷開，再次分段試送電。
當對站內(nèi)583#一段架空線和10kv出線直埋電纜線試送電時，開關(guān)又跳了閘，這說明故障處就在直埋出線電纜段。但由于沒有電纜故障測試儀，不能確定電纜故障點位置。便請求兄弟單位協(xié)助，用電纜測試儀測出了電纜故障點位置。即在電纜穿越公路的車道下面，此處路面被車輪壓深有0.4米之多。由于路面凍土層決硬，要挖出故障處電纜進行處理非常困難，因此決定重新敷設(shè)一條新10kv橡塑電纜臨時送電方案。
分公司人員，按照舊電纜走向通過土路面敷設(shè)了一條新10kv電纜，修試人員又重新檢修更換了583#開關(guān)內(nèi)的油。制造好新電纜兩端的終端頭，并做了緣電阻和交流諧振耐壓試驗，合格后供電所人員從桿上拆下舊電纜固定好新電纜，將新電纜芯線按相序和583#線路導線重新連接。為防止新電纜在路面上再次被車壓壞，采用推土機運土覆蓋住新電纜的方法，并在兩側(cè)掛上禁止通行的標示牌。這樣，到22日下午16：00時，距春晚還有四小時，才恢復582#、583#、584#三條10kv線路供電。其中582#線路主要對五堡鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電，583#、584#線路對涿鹿城鎮(zhèn)2/3客戶供電，另外，只有1/3客戶由586#10kv線路正常供電。
由于這次583#出線電纜故障，造成對涿鹿鎮(zhèn)和五堡鄉(xiāng)鎮(zhèn)大面積停電。據(jù)統(tǒng)計583#10kv線路共停電19小時。因583#出線電纜的終端頭距582#、584#出線電纜終端頭的距離較近，從桿上拆除舊電纜安裝新電纜工作時不安全，因此， 也將這兩條10kv線路停電8小時。
在583#出線電纜故障處理工作中，張家口供電公司和分公司都親臨現(xiàn)場指揮，并決定對涿鹿110kv站10kv配電設(shè)備和10kv出線電纜早日進行更新改造。
二、10kv出線電纜發(fā)生故障的原因
1.遭受外力破壞而損壞
涿鹿110kv站10kv出線，原來是從10kv配電室穿墻套管上邊的蓬雨板掛線，經(jīng)室外水泥桿架構(gòu)到線路始端桿是架空出線。2003年城網(wǎng)改造時，從架構(gòu)到始端桿段，全改為用yjlv22-8.7/15kv120平方橡塑電纜直埋敷設(shè)出線。2009年4月份，涿鹿縣交通局在該站圍墻東側(cè)南北方向修建了一條土路面公路，恰好通過10kv583#、584#、585#、586#共4條直埋出線電纜。到2012年直埋電纜處路面，已被大車、汽車車輪壓下有0.4米深。由于直埋電纜沒有穿鋼管保護，多年過車電纜受到重力擠壓，使583#出線電纜保護層及內(nèi)部芯線被車壓力損傷，因當時負荷電流不大，電纜還能勉強運行，到2012年年初，583#線路負荷從3000kw增加到5300kw，已出受損后電纜芯線的允許電流。受損處電纜芯線長時間發(fā)熱，使電纜緣降低，運行中若再受到電壓作用時，使緣擊穿，引起電纜芯線發(fā)生單相接地，又擴大為相間短路故障。除此處外，過去也曾多次發(fā)生過因施工用挖土機挖溝時，損壞直埋電纜的故障。
2.系統(tǒng)接地電容電流的影響
在中性點不接地系統(tǒng)中，由水泥電桿和電纜混合的10kv線路，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地點流過的電容電流為10安培或以上時，在接地點產(chǎn)生的電弧就不會自行熄滅，還會引起系統(tǒng)過電壓，使緣較弱的電氣設(shè)備被擊穿，引起單相接地或短路故障。
涿鹿站有8條10kv出線，有三路對涿鹿城鎮(zhèn)和三路對工業(yè)用電客戶供電。城網(wǎng)改造后10kv電纜線路增加，經(jīng)計算接地電容電流已達到10安培。但該站10kv母線未設(shè)計安裝10kv消弧線圈，不能對電容電流進行自動補償。所以當該站10kv出線電纜發(fā)生單相接地故障時，還會引起弧光相間短路，造成開關(guān)跳閘。
3.缺乏對電纜線路運行管理經(jīng)驗
該站東側(cè)土公路通車幾年后，已發(fā)現(xiàn)路面在583#直埋電纜處，被車輪壓深，因缺少設(shè)計施工資料，不知電纜沒穿鋼管保護，未引起重視，這樣給以后電纜運行留下了故障隱患。過去運行經(jīng)驗認為，10kv系統(tǒng)發(fā)生故障，主要是由架空線路造成，電纜線路發(fā)生故障主要是電纜終端頭造成。所以這次583#出線電纜故障時，仍誤認為是583#架空線路故障或是電纜終端頭故障造成，沒能及時準確判斷出故障范圍和性質(zhì)。確定出線電纜故障后，因沒有電纜故障測試儀，又不能確定故障點具體位置。這一切都延誤了處理故障時間，造成三條10kv線路晚恢復供電。
三、防止10kv系統(tǒng)故障的措施
1.對10kv配電裝置更新改造
涿鹿110kv站10kv配電裝置更新改造工程，是由張家口供電公司設(shè)計。于2012年4月先完成了土建工程：從該站10kv配電室，穿過土公路到路兩側(cè)10kv線路始端桿，新建成磚結(jié)構(gòu)水泥預制蓋板的電纜溝150m，又在室外10kv出線側(cè)新建了兩座10kv接地變和消弧線圈水泥混凝土基礎(chǔ)等土建工程。到5月份，縣交通局在原土公路面上鋪了瀝青油，成為鎮(zhèn)內(nèi)的環(huán)城路。公路兩側(cè)是由該站南北方向出線的七路10kv線路和一路35kv線路均為同桿架設(shè)的桿塔。
2012年9月7日，由北京匯通盛電氣安裝公司，在涿鹿供電分公司配合下，開始對該站10kv配電裝置和10kv出線電纜改造工程進行施工。為減少施工期對用戶的停電時間，在室內(nèi)先后按10kv母線分段進行設(shè)備安裝，施工段的母線負荷由另一段母線供電。到9月27日共用了20天時間，完成了該站10kv配電裝置及出線電纜三項更新改造工程。經(jīng)交接預防性試驗和工程竣工驗收，完全合乎規(guī)程要求。同時，分公司也利用停電時間對10kv線路進行了檢修調(diào)整。這樣，使該站10kv配電裝置及10kv線路正常投入了安全運行。三項更新改造工程主要內(nèi)容施工情況略述如下：
(1)屋內(nèi)10kv配電裝置的更新改造
拆除原屋內(nèi)運行了20年的gg1a10型開關(guān)柜20面，和原10kv出線微機保護屏、控制屏6面。新裝kyn—28a小車開關(guān)柜24面，其中擴裝出線柜4面。新裝微機保護和控制屏7面，其中新增一面消弧線圈控制屏。10kv小車開關(guān)柜面上裝有開關(guān)狀態(tài)智能控制儀，上標有開關(guān)柜接線圖，能顯示柜內(nèi)溫度、濕度等。柜面上還裝有開關(guān)分、合閘控制按鈕、各種位置指示燈和測量儀表等。10kv進線、出線、母聯(lián)、電容器組、接地變小車開關(guān)柜內(nèi)，裝有彈簧儲能機構(gòu)的真空開關(guān)及其配電設(shè)備，能手動、自動分、合閘。開關(guān)柜前、后門機械閉鎖，10kv母線為全封閉，柜內(nèi)還裝有帶電運行和停電狀態(tài)的語言報警。另外，還拆除了墻上 10kv 出線穿墻套管，封堵了墻上出線孔，粉刷了配電室，安裝了自動排風翁等土建工程。
(2)屋外10kv接地變和消弧圈新裝工程
在屋外預制的基礎(chǔ)上，安裝了jdkj-400/100kva，電壓比10.5/0.4 kv，三相戶外接地變兩臺，還安裝了xdz-315/10型，額定容量315kva、額定電壓10.5/√ 3kv、額定電流10—52a，具有14個抽頭的戶外式消弧線圈兩臺，其本身都附裝有dyjz-ⅱ-10/10-52a有載分接開關(guān);又安裝戶外rwk-10型阻尼電阻箱兩臺。以上設(shè)備每段10kv母線各使用一臺。為保證安全，設(shè)備四周加固定圍欄保護。在主控室內(nèi)安裝的消弧線圈控制屏上，裝有兩面xhk-ⅱ型自動調(diào)諧控制器，能自動控制每臺消弧線圈，又能顯示消弧線圈檔位、中性點電壓kv、中性點電流a、系統(tǒng)電容電流a、補償后殘流值a、調(diào)諧度百分數(shù)。
各臺設(shè)備接線情況：接地變一次線圈首端，用10kv電纜連接屋內(nèi)每段10kv母線投切接地變的小車開關(guān)柜。接地變一次線圈y型接線，中性點經(jīng)10kv單報刀閘接消弧線圈首端。接地變二次線圈首端，用低壓電纜連接主控制低壓配電盤，供站內(nèi)低壓用電負荷使用。消弧線圈的尾端，連接阻尼電阻箱內(nèi)rxhgb14.24歐/600瓦過渡電阻首端，電阻尾端接地。阻尼電阻可以防止消弧線圈產(chǎn)生諧振過電壓及適應過補、欠補、小殘留三種補償方式。
(3)10kv出線電纜更新改造工程
涿鹿站10kv系統(tǒng)共有8路10kv出線，舊10kv出線電纜因截面較小均需更新。首先拆除從配電室墻上至水泥電桿架構(gòu)段的每路架空出線，再拆除架構(gòu)至10kv線路始端桿的直埋舊電纜�？紤]到該站城網(wǎng)10kv線路有6路是環(huán)網(wǎng)接線開環(huán)運行，按大負荷計算，每路10kv新出線電纜選用了兩條yjlv22-8.7/15kv240平方三芯橡塑電力電纜明敷在預建的電纜溝內(nèi)，在兩條電纜首端終端頭把同相芯線和出線小車開關(guān)柜內(nèi)并聯(lián)連接，兩條電纜末端在10kv線路始端桿上，用鍍鋅鋼管保護，角鋼支架固定，電纜終端頭同相芯線和桿上安裝的10kv單板刀閘在電源端并聯(lián)連接，刀閘負荷端按相序和10kv線路導線相連。另外，在始端桿上還安裝了10kv氧化鋅避雷器，作為電纜線路的防雷保護，為防止鳥害還安裝了警鳥器。
該站還有2路10kv出線，是單回路輻射性供電�？紤]到每路大負荷，每路10kv出線電纜選用了一條yjlv22-8.7/15kv240 。
平方的三芯橡塑電纜，其敷設(shè)和安裝方法和上述方法相同。該站8路10kv出線電纜改造工程，共安裝敷設(shè)新10kv電纜14條累計2000m。
2.提10kv電纜線路設(shè)計和安裝水平
變電站10kv出線電纜和穿越公路的多條10kv電纜，為了便于電纜的敷設(shè)和抽換，要求建筑磚結(jié)構(gòu)的主電纜溝敷設(shè),溝內(nèi)安裝角鋼支架，能敷設(shè)多根電纜，并可靠接地。
穿越公路和城鎮(zhèn)街道的單根10kv橡塑電纜，要穿入鍍鋅鋼管內(nèi)敷設(shè)，埋深不小于0.7m。鋼管的內(nèi)徑和電纜直徑比不得小于1.5倍。需用多根鋼管連接敷設(shè)時，兩根鋼管之間的連接應采用直徑較大的短鋼管套接，不宜采用直接對焊連接，更不允許帶間隙單獨對接。從溝道引出在桿上敷設(shè)的電纜，也要穿入2m或以上長鋼管固定敷設(shè)。交流單芯電纜不得單獨穿入鋼管內(nèi)敷設(shè)，鋼管還要可靠接地，封堵頂部。
穿越農(nóng)田和街道旁的10kv電纜，可以采用直埋電纜敷設(shè)，深度不應小于1m。直埋電纜上下部，在溝底鋪以不小于100mm厚的軟土或沙層并加蓋保護，其覆蓋寬度應過電纜兩側(cè)各50mm。保護板可采用混凝土板或磚塊，電纜溝回填要分層窮實，街道兩旁的人行道路面還應加預制蓋板。電纜走向應加方向水泥預制標樁，并留有設(shè)計施工資料。10kv電纜線路在運行中，電纜終端頭和接頭處容易發(fā)生故障。主要原因是由于終端頭制造工藝和安裝存在缺陷。因此要求選用質(zhì)量較的10kv冷縮終端頭和接頭，由具有制造經(jīng)驗的專職人員，按照制造廠說明書中要求進行。目前，我分公司改為由銷售單位和分公司共同制造，電纜中間接頭改為在電纜分支箱內(nèi)進行。安裝橡塑10kv電纜終端頭，不得讓終端頭的三相冷縮管彎曲受力，從芯線端子處再用緣防老化線自然彎曲和線路導線或刀閘相連。電纜終端頭要裝設(shè)10kv氧化鋅避雷器，其接地裝置接地電阻不大于10歐姆。電纜線路的兩端在溝道敷設(shè)，其長度要求留有余度。橡塑緣電纜線路完工，需做緣電阻和交流諧振耐壓試驗。
3.加強對10kv線路的運行維護管理工作
(1)按巡視周期對線路進行認真地巡視檢查工作，發(fā)現(xiàn)線路存在的缺陷，分輕重緩急進行處理消除缺陷。
(2)每年定期對10kv線路進行一次停電檢修工作。
(3)作好電纜線路預防性緣試驗工作。
變電站10kv出線電纜，每年用2500v或5000v兆歐表測量緣電阻。橡塑電纜每三年用st3598變頻諧振壓試驗裝置，用20hz~300hz對電纜主緣對每相做諧振耐壓試驗，試驗電壓值1.6u。(u。橡塑緣電力電纜額定相電壓(kv)，10kv橡塑電纜uo=8.7kv)試驗時間5min。10kv分支電纜線路，每年做緣電阻和接地裝置的接地電阻的測試。每3—6年做一次交流諧振耐壓試驗。
四、改進10kv系統(tǒng)故障的判斷、尋查和處理方法。
1.單相接地故障的判斷
變電站10kv母線單相接地保護動作后，調(diào)度室遠動裝置會發(fā)出語言接地報警，計算機顯示器能顯示母線三相電壓變化值，并能打印。此時，值班員應解除音響，利用三相電壓值判斷出接地程度和接地相。
當三相電壓值一相為零，兩相相等為線電壓時，表明電網(wǎng)發(fā)生了單相金屬性接地，電壓為零的一相就是接地相。當三相電壓值不相等，一相大于相電壓，一相偏低但不為零，表明電網(wǎng)某相發(fā)生了經(jīng)過渡性電阻接地，如某相和樹枝相碰，電網(wǎng)中性點不接地運行時，按正相序排列，相電壓下一相就是接地相。電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地運行時，消弧線圈采用過補償時，相電壓上一相為接地相。當三相電壓值有兩相相等，一相電壓偏但小于線電壓時，表明出線開關(guān)或線路分段開關(guān)有一相開路;或架空線路導線有一相斷線但電源端不接地，或從負荷端接地，造成從斷線處負荷側(cè)線路缺相運行，這種故障也會引起接地保護動作，叫單相虛幻接地。
農(nóng)網(wǎng)變電站一般不安裝單相接地自選裝置，接地保護不能判斷出哪條線路接地。調(diào)度值班員可以利用遠動裝置，采用試停出線開關(guān)的辦法尋找接地線路。一般先停線路長分支多，歷次故障多負荷輕用電性質(zhì)次要的線路，后停線路短分支少，負荷重的線路，專用線路應先通知或轉(zhuǎn)移負荷后再試停。當試停某路開關(guān)后，接地顯示并沒有消除時，表明此線路沒有發(fā)生單相接地，應立即再合上開關(guān)。但當這條出線有電纜線路時，應等一段時間約5-10分鐘后再合閘。這是因電纜線路停電后仍保留一定電壓值，停電后會通過線路電阻放電，使殘壓變低。如果立即送電，電源電壓和電纜內(nèi)電壓疊加，將擊穿電纜緣。
當試停某路出線開關(guān)后，接地顯示消除，說明這條線路發(fā)生了單相接地。調(diào)度員應通知線路運行管理單位，并將接地判斷結(jié)果一起講明，以便幫助尋找接地故障點。
2.單相接地故障的尋查方法
(1)先巡線檢查，后分段試停電尋查。城網(wǎng)10kv線路供電半徑較短，分支線又少。電網(wǎng)白天發(fā)生單相接地故障時，線路停電后，派員對故障線路先進行巡視檢查，查出接地點后，及時進行處理，以便恢復線路供電。但因有的缺陷巡線不易發(fā)現(xiàn)，所以送電后線路又呈現(xiàn)單相接地現(xiàn)象。此時，在不停出線開關(guān)的情況下，先停線路末端大分支線路開關(guān)，尤其是有電纜線路的分支線路，若電壓顯示正常，說明接地點就是此分支線路，否則再停2#分段開關(guān)，或中段大分支線開關(guān)等，先找出線路故障段，再進行巡線檢查，尤其是檢查電纜終端頭。對故障段的電纜分支線路，可用兆歐表遙測電纜芯線對地緣，若芯線接地，先將故障電纜線路分割，及時恢復正常線路供電，然后再進行處理。這種尋找接地故障點的方法，不但準確，而且可以減少對電纜線路的沖擊次數(shù)，能避免電纜線路發(fā)生故障。
(2)先分段試停電，后巡線尋查
農(nóng)網(wǎng)10kv線路，線長面廣分支線又多。當電網(wǎng)某條10kv線路發(fā)生單相接地故障時，變電站因此先斷開了出線開關(guān)。線路維護單位得到調(diào)度員通知后，派員將該線路末端2#分斷開關(guān)斷開，并要求調(diào)度員合上10kv出線開關(guān)。若接地現(xiàn)象消失，表明是末段線路發(fā)生單相接地，經(jīng)巡線檢查查出接地點后，及時進行了處理，再合上2#分段開關(guān)，使該段線路恢復了供電。若接地現(xiàn)象沒有消失，說明不是末段線路單相接地。在出線開關(guān)不停電的情況下，再斷開中段線路大分支開關(guān)，后斷開線路1#分段開關(guān)，若接地現(xiàn)象消失，要求對路進行巡查檢查，查出接地點進行處理后，合上1#、2#線路分段開關(guān)、分支線開關(guān)，全線路恢復了正常供電。因此用這種尋找接地故障點的方法，能節(jié)省巡線查找故障點的時間。尤其在夜間線路發(fā)生接地故障時更為適宜。
3.短路故障的判斷及尋查
(1)實現(xiàn)10kv配網(wǎng)自動化，判斷短路故障段
配網(wǎng)自動化主要功能有：饋線發(fā)生相間短路故障時，能故障報警并根據(jù)饋線出線開關(guān)，分段開關(guān)的饋線終端(ftu)記錄故障前及故障時的主要信息，經(jīng)計算機系統(tǒng)分析和故障差動功能，判斷出故障區(qū)段和非故障區(qū)段，使故障區(qū)段的分段開關(guān)跳閘，實現(xiàn)故障區(qū)段隔離和非故障段恢復供電。這樣，可以根據(jù)判斷結(jié)果，派員對故障區(qū)段進行巡視檢查，查出相間短路點，經(jīng)處理后，對故障區(qū)段線路恢復供電。
(3)利用繼電保護裝置判斷短路故障區(qū)段
在未實現(xiàn)10kv配網(wǎng)自動化的線路，變電站出線開關(guān)，裝有微機電流速斷和定時限0.7秒—1.2秒定時限過電流保護。電流速斷保護，是按線路三相短路電流整定時，而且不能保護線路全長。定時限過流保護和分斷開關(guān)瞬時過電流保護，是避開線路大負荷而整定的，可以分別保護線路全長和各分段線路。當線路末端短路時，主干線1#、2#分段開關(guān)可能無選擇性都跳閘。如果將分段開關(guān)保護改造成帶時限動作并和出線開關(guān)定時限保護相配合，就可以達到選擇性了。因此，我們可以按照保護的動作情況和保護范圍，判斷短路故障段，然后派員對線路故障區(qū)段進行巡視檢查，尋查短路點，經(jīng)處理后恢復全線路供電。這里值得注意的是：如果變電站10kv出線是電纜出線，或架空線路中有分支電纜線路時，10kv出線保護應退出重合閘裝置，更不能開關(guān)跳閘后再進行試送。這是因為電纜線路故障多為永久性質(zhì)，若用重合閘使開關(guān)重合，或進行試送。必然會擴大故障范圍，對設(shè)備造成不應有的損失。因此，當出線開關(guān)跳閘后，應首先檢查線路首端的架空線路，若線路正常再對出線電纜使用兆歐表進行初步緣測量，確定電纜故障后，再用電纜故障測試儀，確定電纜短路點位置，重新制造接頭或更換新電纜處理后及時恢復對線路供電。
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