玉门压气站1#电驱机组电缆故障探析

摘要：通过对西气东输玉门压气站西门子电驱压缩机组动力电缆屏蔽线严重烧毁及电缆头击穿的故障原因的探讨，提出了高压单芯电缆不同情况下的接地方式，为此类电缆的安全运行提供支持。

关键词：单芯高压电力电缆 接地烧毁击穿

中图分类号：F407文献标识码： A

电力电缆跟架空线不同，它被埋在地下，有绝缘层和金属护套，在电缆中有电流流过时，其周围就会产生磁场。在采用三芯电缆时，由于流过三个线芯的电流总和为零，在金属屏蔽层外基本上没有磁链，而单芯电缆的线芯与金属屏蔽相当于一个变压器的初级和次级绕组，当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽层，使它的两端出现感应电压。在单芯电缆使用过程中金属护套的感应电动势经常被忽视，导致单芯电缆故障频繁。

1 问题的提出

西气东输玉门压气站电驱压缩机采用西门子22MW同步电机驱动，电机定子绕组为六相双星形接线方式，每相额定电流1470A,每相设计电缆1*400 mm2并联三根运行，满足正常运行要求。在电机初期投入运行时，电缆本体发热严重，在功率为15MW负荷时，单芯电缆温度达75℃，规程规定交联电缆的最高使用温度为90℃，在这样负荷只有70%的情况下温度已接近极限。由变频变压器至变频器间电缆长度15m,变频器至电机间电缆长度55m .分别采用双端接地，在对电驱机组进行8K保养时打开接线端子发现，高压电缆的变频变侧和电机侧接地铜辫线严重烧坏。2011年1月22日，1#机组隔离变压器10kV进线侧A相电缆头击穿接地，机组停机。A、B相严重烧坏。一相接地后电压为零，另两相电压升高为线电压。如图1所示。

图1变频变接线端子箱内电缆头击穿接地

2故障原因分析

发生故障后，检查单芯电缆金属护套的接地方式，都是采用两端接地。单芯电力电缆在运行中金属屏蔽层两端接地，感应电动势会在金属屏蔽层中形成环流，即金属护套上有电流流过，电流随着电缆载流量的增加而增大，导致电缆发热，从而影响电缆载流量，双端接地其实是牺牲电缆载流量来避免护套上产生高压的做法。

西气东输2006年设计安装的电驱机组的动力电缆屏蔽线均采用双端接地的方式，郑州站和蒲县站都出现过电缆击穿故障。根据电缆敷设情况及击穿部位，该电缆几次发生故障的主要原因是单芯电缆接地方式不当造成的。

2.1单芯电缆接地方式对电缆运行的影响

电力安全规程规定：10kV及以下电压等级的三芯电缆都采用两端接地方式，这是因为三芯电缆正常运行中流过三个线芯的电流总和为零。在金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过金属屏蔽层。但是当负荷电流很大时，三芯电缆制造和安装存在很大困难，往往采用单芯电缆。

电驱机组电压为4.8kV，功率22MW，其电流很大，所以采用单芯电缆。当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽层，使它的两端出现感应电压。如果将金属屏蔽层两端接地，则金属屏蔽层将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50％-95％（电驱机组的额定电流为1470A），形成损耗，使金属屏蔽层发热。机组在初期投入运行时，电缆本体发热严重，正是由于屏蔽层有电流流过而导致。再由于接地线施工质量不好、接触不良，长期的运行导致接地线发热而烧毁。从发生故障的电缆接地线烧毁情况来看，主要是由于金属护套感应电压形成的大电流导致的。在正常情况下压缩机工作在15MW时每相电流1000A，每相的单根电缆承担电流达到300A左右，采取两端直接接地的方式，金属护套中的环流引起电缆发热较严重，温升较大。这不仅浪费了大量电能，而且降低了电缆的载流量，并加速了电缆绝缘老化。如果采用单端接地，感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比。电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时．屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。

2.2单芯动力电缆金属护套的接地方式

1.金属护套两端接地

出于经济安全考虑，在单芯电缆不长，导体中电流不大的场合，环流很小，对电缆载流量影响也不大，是可以将金属护套的两端直接接地的。

2．金属护套单端接地

对线路较短的单芯电缆一般采用一端接地、一端悬空的方法，这对降低线路损耗有利。高压电缆线路安装时，应该按照GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求，单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套任一点的感应电压不应超过50V,并应对地绝缘。

3. 金属护套单端接地加装过电压保护

如果仅将电缆的金属护套一端直接接地，在正常运行时，电缆的金属护套另一端感应电压应超过50 V。在发生短路故障时，导体中有很大的电流，可能会在金属护套上产生很高的过电压，危及护层绝缘及对地绝缘，因此在这类电缆线路金属护套单端接地时，应在电缆的未接地端，加装过电压保护器接地。

3事故处理及运行效果

由于玉门站电驱机组电缆相对较短，电机负荷大，电缆载流量较大，而选择电缆时考虑余量不大。所以考虑金属护套单端接地，将动力电缆原先的双端接地方式改为一端屏蔽线直接接地、另一端悬空方式，在压缩机15MW负荷下运行时电缆温度在25℃左右，远远低于以前双端接地。运行两年来，情况良好，电缆本体没有出现过故障，满足压缩机组正常运行要求。由于变频变压器的10kV进线没有改造，一直沿用两端接地，在2011年元月22日，出现电缆头击穿事故，导致机组缺相而故障停机。

4.注意事项

1、一定要处理好解开的接地端，不能让其靠近或接触外壳或其他电缆，防止击穿空气短路而引起连锁反应，导致严重故障发生。

2、在采用一端互联接地时，必须充分认识到过电压的危害，采取措施限制护层上的过电压，最好装设护层过电压保护器，以防止电缆护层绝缘被击穿。