攀鋼西昌釩鈦資源綜合利用項(xiàng)目熱軋工程新建1套2050mm常規(guī)熱軋帶鋼軋機(jī)，以高強(qiáng)度、高性能、高附加值的品種為主導(dǎo)產(chǎn)品，如汽車用板、高牌號管線鋼、部分薄規(guī)格船體用結(jié)構(gòu)鋼等。生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)熱軋鋼卷373.3萬t，成品鋼卷371.3萬t。

在攀西熱軋35KV變電所受電的一系列工作中出現(xiàn)了的兩次有驚無險(xiǎn)的放電現(xiàn)象，通過對這兩個(gè)事件的處理，從中學(xué)習(xí)到很多東西，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，下文對這兩個(gè)案例作下概述，并簡要分析問題原因，及事后處理措施。

工程概況

熱軋車間設(shè)35KV變電所，三臺110/35kV 75MVA主變壓器，采用線路變壓器組的結(jié)線方式，三回路110kV電源分別引自上級220kV總降變電所，三回35kV電源分別引自本變電所110/35kV主變壓器。

本35kV變電所包括：35kV高壓柜37面，110/35kV主變3臺，35/10kV變壓器7臺，35/3.3kV整流變9臺，35/0.38kV接地變2臺，35kV接地變1臺。

工程案例分析及處理

熱軋35KV變電所回路較多，且電壓等級高，在完成施工電纜投入運(yùn)行后，出現(xiàn)了兩次電纜放電現(xiàn)象，下面以這兩個(gè)案例來分析一下電纜放電原因和處理方法。

1 案例一 35KV電纜終端頭局部放電

2011年7月在完成攀西熱軋35KV變電所的調(diào)試工作后，1#110KV主變受電成功并且主變二次35KV送至變電所1#受電柜斷路器下端頭（1#受電柜冷備用狀態(tài)）。

受電結(jié)束運(yùn)行5分鐘之后1#受電柜電纜室發(fā)現(xiàn)有輕微放電聲，似乎三相都有此現(xiàn)象，通過仔細(xì)觀察、辨別后發(fā)現(xiàn)放電位置在電纜終端頭外層絕緣與柜底板的電纜孔洞的間隙或接觸的地方。雖然放電點(diǎn)微不可辨，但三相皆有，影響電纜安全運(yùn)行，當(dāng)即決定停電分析原因并著手進(jìn)行維修。

1）放電現(xiàn)象分析

停電后拆開電纜檢查發(fā)現(xiàn)電纜頭外絕緣放電處泛白有明顯痕跡，很顯然絕緣已受到破壞，如繼續(xù)運(yùn)行下去很可能造成擊穿事故。

仔細(xì)檢查了開關(guān)柜與電纜后發(fā)現(xiàn)：開關(guān)柜電纜室結(jié)構(gòu)比較緊湊空間略小，三相間用絕緣板隔離以增加了絕緣強(qiáng)度，但是銅母線與柜底板的距離是60CM，但是進(jìn)線電纜截面(1*500)mm2使用的熱縮終端頭長度達(dá)到80CM，因此終端頭末端有一部分穿過底板電纜孔，由于電纜截面較大導(dǎo)致終端頭與底板間隙不夠甚至直接接觸。

這個(gè)案例中電纜終端頭放電點(diǎn)為電纜屏蔽層被切斷位置到電纜鼻子的部分。當(dāng)電纜為單芯時(shí)，每一相線芯外均有一接地的屏蔽層, 電纜的電場只有從導(dǎo)線沿半徑向屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場，電場分布是均勻的（見圖1）。

圖1

在做電纜頭時(shí), 剝?nèi)チ似帘螌?改變了電纜原有的電場分布, 將產(chǎn)生對絕緣極為不利的切向電場, 使在剝?nèi)テ帘螌有揪€的電力線向屏蔽層斷口處集中, 絕緣外層產(chǎn)生高電位（見圖2）。

電纜終端頭制作時(shí), 安裝雨裙，安裝應(yīng)力管雖然能使屏蔽層切斷處附近絕緣表面的阻抗降低, 以分散斷口處的電場應(yīng)力該處的電位有所下降, 從而緩解電場集中, 改善終端頭外絕緣電位的分布。

但當(dāng)終端頭外絕緣與開關(guān)柜底護(hù)板間隙不夠或接觸時(shí),由于系統(tǒng)電壓就高達(dá)35KV，外絕緣的電位產(chǎn)生的泄漏電流將很大, 泄漏電流進(jìn)一步破壞絕緣, 使絕緣表面逐漸減薄, 形成電蝕, 產(chǎn)生局部放電, 如不及時(shí)處理，最終將導(dǎo)致絕緣擊穿電纜燒毀的嚴(yán)重事故（見圖3）。

圖2

圖3

2）電纜終端頭處理

從上面的分析可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)放電現(xiàn)象的主要原因是電纜頭的連接與安裝有問題，要合理有效地整改。首先需要更換絕緣已被破壞的終端頭并且進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，由于電纜終端頭的長度不能更改，只得拆除柜底板，在屏蔽線引出位置的下端對電纜進(jìn)行防火封堵將終端頭與電纜隧道隔離，同時(shí)排除了終端頭外絕緣與其它柜體部位接觸的可能性。

2 案例二 電纜感應(yīng)放電

上文的問題處理好，試驗(yàn)合格，做好防火封堵之后1#110KV主變再次受電，電源送至1#受電柜下端后，經(jīng)仔細(xì)查看、監(jiān)聽電纜室的狀況良好，之前的放電現(xiàn)象消失。

準(zhǔn)備結(jié)束受電工作時(shí)現(xiàn)場出現(xiàn)了異常情況：變壓器二次側(cè)35KV電纜引出到橋架位置后有明顯的“嗡嗡”放電聲，在電纜進(jìn)入電纜隧道后由于電纜排列緊密，隧道空間小聲音更是響亮似是電流泄漏，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)是電纜的“B”相帶感應(yīng)電。隨即馬上停電分析原因，及時(shí)找到解決辦法。

1）感應(yīng)放電分析

根據(jù)現(xiàn)場的情況分析：受電之前剛做過電纜交流耐壓，試驗(yàn)合格且情況良好，首先排除了電纜內(nèi)部故障的原因；該案例一電纜受電后，問題只出現(xiàn)在終端頭位置，在電纜橋架和隧道內(nèi)正常，所以也排除了電纜敷設(shè)方式的原因。

與案例一相比較除了改正了終端頭的與電纜隧道的隔板位置消除放電的隱患外，另一個(gè)區(qū)別便是重新制作了電纜終端頭以及引出的屏蔽線，因?yàn)橹澳蛪汉细袼詥栴}的中心便集中在了屏蔽線這里。

高壓電力電纜的同屏蔽和鋼鎧一般都需要接地，在35KV及以下電壓等級時(shí)一般都采用兩端接地，因?yàn)檫@些電纜大多數(shù)是三芯電纜，在正常運(yùn)行中，流過三個(gè)線芯的電流總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈。

這樣，在鋁包或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應(yīng)電壓，所以兩端接地后不會有感應(yīng)電流流過鋁包或金屬屏蔽層，兩端接地不會環(huán)流產(chǎn)生。35KV電纜大多使用單芯電纜，由于交流電的緣故，當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時(shí)，就會有磁力線交聯(lián)金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比。

電纜很長時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)到危及人身、設(shè)備安全的程度，單芯電纜如果兩端的屏蔽同時(shí)接地，在屏蔽層與大地之間形成回路，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣電纜屏蔽層會發(fā)熱，損耗大量的電能 ，影響線路的正常運(yùn)行，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)正確選擇接地方式，單芯電纜線路的金屬護(hù)套只有一點(diǎn)接地時(shí)，金屬護(hù)套任一點(diǎn)的感應(yīng)電壓不應(yīng)超過50～100 V。

以這根 “B”相為例計(jì)算一下正常情況下的金屬屏蔽的感應(yīng)電壓：交流系統(tǒng)中單芯電纜線路一回或兩回的各相按通常配置排列情況下，在電纜金屬層上任一點(diǎn)非直接接地處的正常感應(yīng)電勢值，可按下式計(jì)算：

E＝L×Es

式中：E為感應(yīng)電勢，單位V；L 為電纜金屬層的電氣通路上任一部位與其直接接地處的距離，單位km；Es為單位長度的正常感應(yīng)電勢，單位V/km。

Es＝IXs

Xs=【2×2πf×ln(S/r)】×10-4

S為電纜外徑，單位mm；r為導(dǎo)體半徑，單位mm；I 為電纜導(dǎo)體額定工作電流，單位A；f 為工作頻率，單位Hz；

電纜額定電流為680A,電纜外徑為95mm，導(dǎo)體半徑為13mm；計(jì)算可得Es=84.9V/km；電纜長度為90m，計(jì)算得到E=84.9×0.09=7.6＜50V；

通過上面計(jì)算可知，因?yàn)殡娎|長度短90m，而且感應(yīng)電壓小于50V,完全滿足電纜屏蔽或護(hù)層一端接地的要求。所以實(shí)際連接時(shí)，高壓柜側(cè)屏蔽直接接地，變壓器這一側(cè)屏蔽捆扎后懸空，不可能是電纜兩端屏蔽都接地引起的環(huán)流問題。

而且受電后沒有出現(xiàn)短路或接地故障，那么出現(xiàn)這種放電現(xiàn)象基本上可以確定是屏蔽未接地，電纜線芯屏蔽和金屬護(hù)套的電容電流未流入大地，單芯電纜的屏蔽層的感應(yīng)電壓將疊加到很高，它與橋架間的電位差而導(dǎo)致放電。

從以上也可看出高壓電纜金屬屏蔽的接地的作用：

（1）電纜線芯屏蔽和金屬護(hù)套的電容電流有一回路流入大地；

（2）當(dāng)電纜對金屬護(hù)套或屏蔽發(fā)生短路時(shí)，短路電流可流入地下；

（3） 電纜線芯絕緣損傷后發(fā)生相間短路發(fā)展至接地故障時(shí)，故障電流通過接地線流入地中；

（4）電纜中的不平衡電流引起的感應(yīng)電壓、通過地線與大地形成短路，防止電纜對接地支架存在電位差而放電閃絡(luò)。

2）電纜屏蔽處理

檢查線路屏蔽的情況確實(shí)如上文分析的一樣，確是“B”相兩根單芯電纜中有一根電纜的屏蔽線引出后用對接銅管作了加長處理以便連接地排，可能由于壓接不牢固導(dǎo)致在防火封堵人員施工過程中拉動整理屏蔽線，導(dǎo)致在屏蔽在對接處斷開而引發(fā)放電現(xiàn)象。

找到問題根源便好解決了，當(dāng)然是再次檢查緊固其余電纜的屏蔽，在柜內(nèi)屏蔽接地后，在電纜另一端也就是變壓器一側(cè)每根電纜單獨(dú)確認(rèn)屏蔽接地情況，排除屏蔽斷線的隱患。并再次檢查電纜絕緣以及進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)確認(rèn)電纜合格可投入運(yùn)行。

案例總結(jié)

這兩個(gè)案例出現(xiàn)的放電現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)較早，及時(shí)停電進(jìn)行了處理，并沒有對電氣設(shè)備及施工生產(chǎn)造成很大影響，但是也暴露出我們對電纜終端頭電場分布不甚了解，終端頭固定、封堵錯(cuò)誤后沒有發(fā)現(xiàn)并糾正；在試驗(yàn)合格，受電之前，沒有分別檢查單芯電纜屏蔽的接地狀況。

這些問題在一定程度上反應(yīng)出在35KV系統(tǒng)電纜施工經(jīng)驗(yàn)的不足。需要加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，規(guī)范工作過程，做到安裝和調(diào)試工作細(xì)致到位，高效、合理安全。

本文編自《電氣技術(shù)》，作者為錢峰、李雪峰。