摘要：国民经济的快速发展和城镇化建设推动了城市配电网线路的电缆化进程，电力电缆替代架空线路可以有效预防自然灾害的影响，实现对用户的高可靠性供电。目前10kV城市配电网多使用交联聚乙烯电力电缆，大量引入了中间头、终端头等电缆附件，电缆发生故障后，馈线重合闸有可能引起二次故障，导致故障定位和修复时间长。本文介绍了10kV电力电缆中间头的常见故障类型和引起故障的原因，并借助ATP-EMTP仿真软件重点分析变电站馈线保护动作后对电缆线路的冲击，结合实例进行应用说明。
关键词：电力电缆；电缆附件；仿真分析
0 引言
国民经济的快速发展和国家城镇化建设的不断推进，电力电缆敷设于地下，不占用地上空间[1]，配合室内开关站和配电房搭建起10kV配电网络，受外部环境影响小，具有供电可靠性高的优点。目前10kV配电网多使用交联聚乙烯电力电缆，多为永久性故障，且缺陷有累积效应，中间头、终端头等电缆附件故障率较高。文献[3]分析了一种10kV电力电缆的故障案例，分析了故障发生的原因，并对故障电缆附件解剖分析，提出了管控建议。上述论文未对电力电缆继电保护重合闸对原线路的影响展开研究分析，未能针对线路保护配置和电缆运维提供有效的建议。
本文首先对华南某城区供电局的电缆故障进行统计，介绍了10kV电力电缆常见的故障分析和发生原因；利用ATP-EMTP电磁仿真软件分析了故障发生后，继电保护重合闸动作引起的线路沿线的过电压情况，并统计了不同故障类型情况下的过电压变化趋势；最后通过故障实例开展分析论证，分析多故障点发生的原因，并提供运维建议。
1电缆故障
1.1 电缆故障统计
华南某城区供电局电缆化率达98.9%，经统计，2013年至2016年共发生112次因电缆故障导致的馈线跳闸，电缆本体故障53次、占比47.3%，电缆中间头故障34次、占比30.4%，终端头故障25次、占比22.3%。
1.2 电缆故障类型与原因
电缆故障类型根据故障相对地电阻的大小可分为低阻故障、高阻故障、断线故障和断线接地故障。导致电缆故障的原因有很多，从外部因素和内部缺陷两个方面可以将导致10kV交联聚乙烯电力电缆发生故障的原因分为机械损伤、绝缘受潮和老化、过电压、设计和制作工艺不良、材料缺陷等五类。
2 电缆多故障点仿真分析
2.1 仿真模型与继保配置
以ATP-EMTP为基础建立电力电缆配电网仿真模型，如图1所示，用π型RLC表征10kV三芯电力电缆模型，电缆全长3km，共分为6段、每段500m。
图1 电缆配电网仿真模型
华南某城区供电局变电站10kV馈线中性点采用大电流接地方式，其中变电站10kV断路器柜动作后1s进行重合闸。
2.2 单相接地故障
发生单相接地后，零序保护动作，随后重合闸，由于电缆是容性设备，开关动作会充点电和振荡过程，导致电缆线路沿线出现过电压，以图1所示的仿真模型为基础，故障位置为Node5，接地电阻为50Ω，故障发生后Node6相对地的电压波形如图2所示，由图可知，2.1s重合闸是，电缆线路上有过电压。
图2 Node6位置电压变化情况
本文对比Node1、Node5两个位置发生A相单相接地故障时，各个位置在重合闸时的电压峰值，并分析接地电阻从50Ω到1000Ω时各位置的相电压和线电压变化规律。
（1）Node1接地故障
靠近电源侧A相发生单相接地故障后，随着接地电阻的增大，各位置的电压峰值也逐渐增大。但增大的趋势趋于平缓。由图可知，接地电阻1000Ω时，电缆与负荷侧连接处的最大峰值比正常工作电压高139%。
（2）Node5接地故障
在靠近负荷侧Node5发生单相接地故障时，重合闸导致的峰值过电压变化趋势如图4所示，接地电阻的大小对重合闸引发的过电压峰值有较大影响，电阻越大，峰值电压越大。
图4 Node5接地故障重合闸对相对地电压的影响规律
3 故障实例
3.1 故障过程及设备参数
华南某城区供电局一条10kV纯电缆线路发生跳闸，零序保护动作，重合闸失败，检测到故障电流263.25A。故障电缆全场2590m，型号为ZRYJV22-3×300mm2，在距离电源侧1205m和2420m两个位置发现有电缆中间头，编号分别为#01和#02，两个电缆中间头均有明显的故障点。
3.2 解剖分析
对#01电缆中间头发现A相主绝缘烧蚀严重，导体有烧融痕迹，且外观检查发现电缆中间头外护套被烧穿。解剖#02故障电缆中间头C相电缆主绝缘从压接管到半导电层位置有明显的贯穿性放电通道，主绝缘被烧蚀碳化。
根据第2章分析，远离电源侧的#02中间头先发生单相接地故障时，重合闸引发的#01中间头过电压的幅值达19kV，而#01中间头先发生故障时，重合闸引起的#02中间头过电压的幅值达17kV，因此可以判断是#02中间头先发生故障，重合闸时使#01中间头的缺陷恶化导致二次故障。
4 结论
本文以ATP-EMTP电磁仿真软件为基础，分析了不同故障位置和接地电阻，继电保护重合闸对沿线电压的影响，并结合实例进行分析论证，通过本文的研究，可以得到以下两点结论：
1）10kV电力电缆线路故障后，在继电保护装置重合闸时，由于电容和电感的充放电过程，会导致电缆沿线产生过电压，如果非故障位置有绝缘缺陷，会因过电压导致绝缘恶化。
2）对于纯电缆线路，建议变电站10k馈线继电保护装置退出重合闸功能，避免因重合闸引起二次故障。
参考文献：
[1] 王万纯. 基于ATP-EMTP的电缆故障测距技术研究[D]. 南京理工大学硕士论文, 2013.
[2] 韩伟. 电力电缆故障分析与测距研究[D]. 燕山大学硕士论文，2006.
[3] 潘威，陈忠文，屈少虹等. 10kV电缆中间头故障原因分析 [J]. 广西电力，2012，35(1)：71-72.
论文作者:晏小卉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/8
标签：故障论文; 过电压论文; 电缆论文; 发生论文; 电力电缆论文; 电压论文; 电阻论文; 《电力设备》2018年第2期论文;