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j0 的1 e =37%時的深度，稱集膚深度.

從上式關系式可以看出：圖2中處于表面分布圓Φ3上的1,4,9,12等號電纜的電流密度最大，其次是處于分布圓Φ2 上的2,3,5,8,10,11等號電纜的電流密度中等，處于分布圓Φ1上的6,7等號電纜的電流密度最小.

如果大電流電纜線路按照類似于圖2的方式敷設，其中的1,4,9,12號電纜極易發生過載，甚至造成過熱和短路等事故的發生.該企業的聯絡電纜線路中，橋架中的48 根300 mm2 的單心電纜分別經4 個聯絡開關后與供電系統低壓母線連接，一般情況下每個聯絡開關每相的4根并聯電纜在敷設時是集中在一起的，屬于如圖2所示的同相數根并聯集中敷設的方式，由于橋架電纜敷設時沒有特別的要求，因此，橋架中的電纜分布會出現個別或局部交叉等現象，當某個交叉部位同時出現各相中電流密度最大或者比較大的數根電纜聚集時，在供電系統滿負荷運行的情況下，很容易同時發生過熱而使電纜絕緣融化失效，引發異相間短路和電纜爆炸事故.

（2）橋架鋼構件使電纜阻抗變化引起電纜電流分配不均.該聯絡電纜線路采用橋架敷設，橋架使用鋼板和角鋼制造，屬于磁導率很高的材料，由于電纜的感抗X與導線周圍介質的磁導率μ成正比（即X∝L∝μ），敷設在橋架中的單心電纜與橋架的阻抗會比架空敷設時增大，由于橋架中電纜與橋架體的距離各不相同，會導致各電纜的阻抗增加有差異，同時橋架本身結構也有差異也會導致各電纜的阻抗增加有差異（如側面為鋼板，與其緊靠的電纜的阻抗會明顯增大）.由于各電纜的阻抗有差異，也在一定程度上影響負荷電流在各電纜中的均衡分配，也可造成電纜的偏載.部分過熱和短路.

（3）敷設間隔過小影響散熱效果.橋架內部空間狹小，使電纜的敷設距離受限，甚至出現局部堆積的現象，影響電纜的散熱效果，在數根過載電纜聚集的部位可引起快速升溫，導致短路事故的發生.

從以上分析可知，該企業供電系統的聯絡電纜采用數根電纜并聯方式在橋架中敷設，集膚效應是造成電纜偏載.部分過熱的主要原因，鋼制橋架敷設使各電纜阻抗出現差異性變化也是造成電纜偏載.部分電纜過熱的原因，加上電纜在橋架中敷設間距過小和局部堆積等現象影響散熱，從而引發聯絡電纜短路事故的發生.

3 聯絡電纜線路敷設的改進措施

根據事故分析的結果，主要采取以下措施對原有聯絡電纜敷設進行改進：

（1）采用三相單心電纜品字并聯分組敷設的方法來減輕集膚效應的影響.根據三相交流電路的特性可知，當三相負荷ZA,ZB,ZC對稱時（即ZA=ZB=ZC）時，有：

iA + iB + iC = 0

而該企業供電系統的三相負荷是基本對稱的，當三相負荷電流同時通過每三根一組的單心電纜時，每組電纜中的三相（瞬時）負荷電流的和基本為零，各電纜心的瞬時電流方向各不相同，并保持正.反方向的電流相互抵消，避免集膚效應的發生，能使負荷電流能夠自動.比較均衡地分配到各并聯敷設電纜的中.

（2）增加橋架中電纜敷設的間距，改善散熱條件.

（3）增加橋架的通風條件，提高散熱能力.

聯絡電纜敷設改進措施的具體方法為：從供電系統兩端母線起，將每三根（A.B.C相各一根）電纜組成一組用尼龍扎帶綁扎呈品字形狀后置于橋架內，數組并列敷設，電纜在橋架中的布置如圖3所示.

橋架中的48根電纜共分16組重新進行了規范的敷設，每兩組之間留有10~30 mm通風散熱間隙.在電纜與兩端母線的連接處，采用了如圖4所示的連接方式，盡可能避免兩組之間同一相電纜的相互平行靠近，進一步降低集膚效應的影響.

4 結語

該企業的聯絡電纜線路經過上述改造后，至今已經運行3年多，例行檢查各接頭及各電纜表面狀況一直良好，滿負荷運行時各電纜表明溫度均在40 ℃左右.事實證明了本文的分析結果.