一起低壓聯絡電纜短路事故的分析與處理

摘要：介紹了一起從自備發電機組至供電系統低壓母線的聯絡電纜受集膚效應等因素影響而發生短路事故的基本情況，并在分析的基礎上采用三相單心電纜品字并聯分組敷設的方法來處理的成功案例。
關鍵詞：聯絡電纜；短路事故；集膚效應；偏載；橋架

1 基本情況
1．1 供電系統概況
某企業的供電系統電源電壓為10 kV，有4臺1 600 kVA的主變，正常用電負荷約為6 000 kW，最大負荷可達8 000 kW；有自備柴油發電機組6套，總裝機容量為12 550 kW，6套發電機組全部并聯到380 V母線上，再用48根單心電纜通過4個聯絡開關與供電系統低壓母線連接，如圖1所示，每個聯絡開關的每一相母線連接4根300 mm2的單心電纜，自備發電機組到供電系統低壓母線間的聯絡電纜平均長度約50 m，電纜采用鋼橋架敷設，電纜在橋架中的以無規律隨機的方式布置。

1．2 聯絡電纜短路事故調查
自備發電機到供電系統低壓母線之間的聯絡電纜線路工程是在短路事故發生的三個多月前安裝完成的，在工程驗收檢查時，對電纜接頭、電纜中間的敷設質量等項目進行了檢查，電纜接頭與銅排連接的安裝工藝、接頭接觸面積等都符合設計要求，橋架中間的電纜無急彎、被擠壓等缺陷，對各電纜的絕緣進行檢測，結果各項指標均正常。接著啟動自備發電機組并按全廠30％負荷進行帶負載試運行，時間保持10 min左右，未發現任何異常。此后將自備發電機組及聯電纜絡線路處于自動備用狀態。
事發當天中午，自備發電機組啟動并首次實際并網發電，到傍晚根據供電部門的調峰要求，切除市電后由自備發電機組帶全廠的負荷運行，4個聯絡開關及其所連接的48根電纜全部投入運行。大約運行了20 min，配電值班人員曾檢查各聯絡開關、電纜接頭等均未發現異常，用紅外測溫儀測量電纜溫度即發現部分電纜表面溫度高達95°，大約過了10 min，在電纜橋架中間處發生了爆炸。現場勘察發現只有1處發生爆炸，共有8根電纜被燒斷，核對后發現A相燒斷3根，B相燒斷2根，C相燒斷3根。經核查，事發時供電系統(低壓側)的總負荷電流約為11 kA，電纜平均電流密度為2．3 A／mm2，屬于接近經濟電流密度值，如果各電纜中的電流分布均勻，電纜表面的溫度應該小于90℃，不至于會發生短路爆炸事故，究竟什么原因引發了電纜短路爆炸事故。

2 事故原因分析
在對聯絡電纜短路爆炸事故進行調查分析后認為，引發事故的直接原因主要有以下三個方面：
(1)受集膚效應影響導致部分電纜過載。橋架內部空間的狹小增加了電纜規則敷設的難度。低壓聯絡電纜線路的電流很大，采用了數根單心電纜并聯的敷設方式，當同相的數根電纜相互靠近時可以把它們看成為一整根截面很大的導體(如圖2所示，其是每相12根單心電纜并聯集中敷設的案例)。

下面以圖2的案例分析集膚效應對多根并聯分相集中敷設電纜線路的影響。
集膚效應的實質是衰減電磁波向導體內傳播磁場通量ψ引起的效應，定量描述通常引用集膚深度的概念，用d代表從導體表面算起的深度，則電流密度j隨深度d的增加而按指數函數衰減，即：

式中：j0代表導體表面的電流密度；ds是一個具有長度量綱的量，是電流密度j減少到jjo的1／e=37％時的深度，稱集膚深度。