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中圖分類號：TM246 文章編號：1009-2374（2016）20-0072-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.20.035
進入21世紀后，全球經濟和科技都得到了飛速發展，并且隨著人們環保意識的提高，新能源的應用得到了進一步推廣。目前，聯網和供電是人們生活中不可或缺的兩部分，而聯網與供電二者在具體實施過程中，都需要以電纜作為載體。同時，電纜具有占地面積小、可靠性高、搭設簡單、信息傳輸快等多項優點，因此在許多領域都得到了廣泛的應用。在應用電纜過程中，要做好電氣參數計算與分析，這對電纜的應用有著重要影響。
1 各種電纜電氣參數算法介紹
1.1 方法一
對電纜在應用過程中，利用多導體對構建電纜的電路模型進行科學分析，如果在電纜的實際應用過程中，沒有鎧裝層存在，那么在實際操作中，本應當由3根單芯電纜所構成的輸電線路，則會包含6根導體以及與大體進行連接。需要注意的是，這6根導致相互之間要保護平行，同時每根導體要與地面保持平行。阻抗矩陣型的計算原理如下：如果在分析過程中dij≤0.135DcA，在具體計算過程中則可以對Carson-Clem公式進行應用，彎沉對電纜阻抗矩陣的計算，單位為Ω/km。
在式（1）和式（2）中，ri表示的為單位導體內電阻值的大小，在具體計算過程中，需要對鄰近效應和集膚效應進行充分考慮，如果再對導體進行分割處理，那么在具體操作過程中，如果對導體進行上漆處理，可以有效地降低各種效應的發生情況。通常來說，在上述公式中的DCA=660，這也被稱“Carson深度”，而在這個小公式中，表示土壤的電阻率的，單位為Ω?m；表示頻率，單位為Hz；dij表示兩個相鄰導體之間的距離，單位為m。
1.2 方法二
電纜電氣參數的計算也可以通過Matlab中的power cableparam功能完成，通過相關圖形用戶界輸入相應的參數，從而獲得電纜的ELC矩陣。下面針對power cableparam電纜參數的計算方法進行重點介紹：
在式（3）中，RC（dc）表示通過導體的直流電阻；RC（E）表示導體的大地的回流電阻值，通過實際測量可知，該數值的大小為π2×104f，單位為Ω/km；
k1=0.0529f/（3.048×60），表示頻率因數，單位為Ω/km；De=1650為導體是等效大體回路的距離，單位為m；GMR表示導體的幾何半徑大小，單位為m。
在計算過程中線芯之間的阻抗計算如式（4）所示：
式（4）中的GMD表示相鄰導體之間幾何的平均距離，其中n表示所有導體間距的總數，通常來說，并不需要利用此公式完成對GMD的計算，而是作為輸入參數直接獲取。
護套自阻抗的計算通過式（5）完成：
在式（5）中，Dn表示內絕緣層和相導體平均半徑之間的距離大小，單位為m。
護套間與線芯之間的電阻為：CCS=。在上述公式中，假定是XLPE絕緣層，εCS表示內絕緣層的相對介電常數；dia、doa分別表示內絕緣層和外絕緣層半徑的大小，單位為m。
1.3 方法三
交流電阻計算，在電纜中導體與護套之間電阻的計算應當依據式（6）進行計算。
在式（6）中，R（ac）以及R（dc）表示的為電纜導體，后者為護套中的交流電或直流電，電阻值的大小，單位為Ω。在具體計算過程中，對于三芯、雙芯、單芯不同類型的電纜來說，y值都應當取1。如果電纜屬于管道類型，y的取值將會有所變化，通常應當為標準取值的1.5倍，因為常規取值為1，因此在管道電纜中，y的取值應當為1.5。在式（6）中，ks表示集膚效應系數，而kp表示相鄰近效應系數。在具體計算過程中，電路中直流電阻的計算如式（7）所示：
在式（7）中，ρ表示整條電力電阻率的大小，單位為Ω?m；A表示電纜導體標截面面積的大小，單位為m2；θ表示電纜運行過程中，電纜的溫度，單位為℃。
2 三種方法的計算結果與對比
對電纜電氣參數的三種計算方法進行了詳細介紹，下面采用不同方法進行計算，獲取的電感、電阻、電容部分參數，在具體操作過程中，電纜的排列方式的種類有很多，主要針對帶鎧裝電纜和不帶鎧裝電纜兩種情況進行下，1根三芯電纜或3根單芯電纜程等邊三角形的排列的情況機型對比分析。
2.1 沒有鎧裝層電纜
沒有鎧裝層電纜呈等邊三角形排列時，3根電纜之間距離完全相同，表1為3種不同計算方法下，得到的電阻矩陣中的部分參數；表2中表示的則為電感矩陣中的部分參數，在表中，C表示導體，S表示護套，下腳標表示導體的具體編號，例如S2C1表示為2號電纜的護套與1號電纜導體之間的互電感或互電阻。電纜電容的矩陣參數詳細信息如表3所示：
通過表1、表2、表3將各項參數輸入，然后依據阻抗推導公式，對沒有鎧裝的等邊三角形序列的阻抗進行計算，通過計算結果可知，正序阻抗和負序阻抗兩者的數值相等，并且在正序電感和零序電感達到一定頻率后，兩者的數值趨近相等，但是如果在具體電纜鋪設過程中，電纜為平鋪，正序電感和零序電感的頻率范圍將會存在較大差距。
2.2 鎧裝電纜
在對鎧裝電纜進行分析時，假設鎧裝層的材料為鋁，開組層的內徑大小為0.0689m，外徑的大小為0.07988m，電阻率的大小為3×10-8m，對電纜的橫截面積進行量測，通過量測得到電纜橫截面積大小為0.0028m2，電纜的相對磁導率大小為1.5，電纜外層的橡膠互層的厚度為0.003m，相對介質常數大小為2.5。其余參數，例如護套、線芯等，都與沒有鎧裝電纜的參數相同。表4、表5分別對比了方法二和方法三兩種計算方法所獲得的電阻、電容參數，這主要因為power cablepram算法不能用于對沒有鎧裝電纜參數的計算。
3 結語
綜上所述，電纜電氣參數計算過程中可以采用不同的方法進行，不同的計算方法取得的效果不同。本文主要分析了三種不同的計算方法，從電纜電氣參數計算的準確性和便捷性來看，在計算中應用方法一是最佳選擇。
參考文獻
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中圖分類號： TN911⁃34； TM247文獻標識碼： A文章編號： 1004⁃373X（2014）08⁃0009⁃03
Calculation method of XLPE cable conductor temperature
JIANG Xiao⁃Bing1，2
（1. College of Electrical Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410004， China；
2. Changsha Power Co.， Ltd.， Hunan Huadian， Changsha 410203， China）
Abstract： To monitor the running state and improve the power supply reliability of XLPE cable， the calculation method of XLPE cable conductor temperature is researched in this paper. To simplify the analysis and calculation， the lumped parameter method is used to character each layer structure of the cable， the steady⁃state thermal circuit model of the lumped parameter is established according to the characteristics of short laying distance of the power distribution cable， and then the formula of conductor temperature and carrying capacity is derived. The effectiveness of the method is verified by experimental analysis. The calculation method of conductor temperature considering the transient process is discussed. It provided a reference for on⁃line monitoring of running status of the cable.
Keywords： XLPE cable； cable conductor temperature； thermal circuit model； transient conductor temperature
0引言
隨著交聯聚乙烯（XLPE）電力電纜在配電網中使用量的逐年增加，相應的診斷維護工作也越來越重要。線芯溫度作為XLPE電纜的一個重要運行參數，是判斷電纜運行狀態及其實際載流量的重要依據[1]：正常運行時，電纜的線芯溫度不超過交聯聚乙烯的最高工作溫度（[≤]90 ℃）；一旦過負荷，電纜線芯溫度將急劇上升，從而加速絕緣老化甚至擊穿。要準確掌握電纜的真實載流量也需要先計算電纜的線芯溫度從而間接判斷負載電流是否超過最大允許載流量。因此，從安全運行和電力系統調度的角度出發，都需要實時監測XLPE電纜的線芯溫度。實際工程中直接測量XLPE電纜的線芯溫度難以實現，需要建立合適的電纜熱路模型并由外部溫度推算求得線芯溫度[2]。隨著分布式光纖測溫技術（DTS）的發展與推廣，已有在高壓XLPE電纜線路上應用光纖測溫系統監測電纜護套溫度的實例[3⁃4]，這無疑為計算電纜線芯溫度，掌握電纜運行狀態及其真實載流量創造了有利條件。
筆者以單芯XLPE電纜為研究對象，根據配電電纜敷設距離短的特點，采用集中參數法建立其穩態等效熱路模型，并推導出線芯溫度計算公式。同時對考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算方法進行討論，為電纜運行狀態的在線監測提供參考。
1電纜穩態線芯溫度計算方法
所謂電纜穩態線芯溫度即引起電纜溫度變化的各種因素都已達到穩定狀態且不會隨時間發生變化時的電纜導體溫度，此時不需考慮引起電纜各部分材料溫度變化時產生的放、吸熱過程。
1.1 線芯溫度計算模型及方法
單芯XLPE電纜的一般結構如圖1所示。
圖1 單芯XLPE電纜典型結構
由圖1可知，單芯XLPE電纜可分為導體、絕緣及內外屏蔽層、墊層、氣隙層、金屬護套層、外護層6層結構。建立電纜熱路模型時，一般將各層熱阻作分布式參數考慮，然后根據電纜熱流場的歐姆定律來求解線芯溫度[5]，這樣便會給線芯溫度的分析和計算帶來較大困難。由于城市配電電纜的敷設距離較短，一般不超過3 km，因此可以運用集中參數法來表征XLPE電纜的熱路模型，即將電纜以其幾何中心為圓心，把絕緣及內外屏蔽層、墊層和氣隙層、金屬護套層和外護層分別用集中參數表示，這樣便簡化了電纜熱路模型。集中參數法[6]的應用范圍廣泛，可以很好地描述配電電纜的結構參數、敷設條件、表面溫度與線芯溫度之間的換算關系。單芯XLPE電纜的集中參數等效熱路模型如圖2所示。
圖2 單芯XLPE電纜等效熱路模型
圖2中：Tc為XLPE電纜線芯溫度；Te為環境溫度；T0為外護套溫度；T1~T4分別為絕緣層（含內外屏蔽層）熱阻、內墊層（含氣隙）熱阻、外護層（含金屬護套）熱阻、外界媒介（外部熱源至電纜表面）熱阻；Wd和Wc分別表示電纜單位長度的介質損耗和線芯損耗；λ1，λ2分別為金屬護套和線芯損耗之比、鎧裝損耗與線芯損耗之比。
在已知XLPE電纜外護套溫度與負載電流的情況下，根據集中參數熱路等效模型可以推得線芯溫度的計算公式為：
[Tc=T0+WcT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3+Wd(0.5T1+T2+T3)]（1）
式中線芯損耗Wc和電纜導體交流電阻R相關，而R與線芯溫度Tc有關，因此須由式（1）解出Tc來進行計算。
在已知線芯最高工作溫度Tcmax的情況下[7]，可由式（1）推導出電纜的長期運行載流量Ia：
[Ia=（Tcmax-T0）-Wd（0.5T1+T2+T3）RT1+(1+λ1)T2+(1+λ1+λ2)T3] （2）
利用式（2）即可完成電纜載流能力的計算與預測。
1.2誤差分析
在影響電纜溫度變化因素不發生改變的情況下，上述計算方法計算出的電纜線芯溫度與載流量誤差主要取決于式（1）中各參數的精度。
式（1）中電纜外護套溫度T0由測溫裝置測得，測量結果易受外界環境影響；各集中參數等效層熱阻T與電纜各層熱阻系數聯系緊密，特別是墊層的厚度，需要充分考慮并選取合適的數值；導體損耗Wc=I2R，其中I為電纜負載電流，可準確測得，導體交流電阻R會隨溫度發生變化，應注意鄰近效應和集膚效應的影響；介質損耗Wd相比于Wc相差3個數量級以上，因此其取值對計算結果影響較小；金屬護套和鎧裝損耗因數λ1，λ2與敷設方式有關，常采用IEC60287標準[8]中的相應公式進行計算。
由上述分析可知，XLPE電纜的結構、敷設參數及實時監測量（負載電流、外護套溫度）對結果均有較大影響，設值時應盡量接近實際值。
2實驗分析
為驗證該計算模型與方法的有效性，應用C#程序編寫了相應的計算程序，并通過實驗對一條長為400 m的110 kV XLPE電纜進行模擬實驗運行。表1為電纜處于穩態時線芯溫度與計算溫度對比實驗結果，表2為載流量計算結果與實測數據對比。
表1 線芯溫度計算值與實測值對比
表2 載流量計算值與實測值對比
從表1和表2可以看出，運用此種線芯溫度計算方法時，線芯溫度計算值與實測值在90 ℃以下時最大誤差不超過±3 ℃，電纜載流量計算值與實測值之間誤差最大不超過3%，因此具有較高的精度。
3考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算
雖然上述計算方法精度較高，但其只能用于計算穩態下的電纜線芯溫度與載流量，實際中電纜負載會隨時間變化，特別是城市配電網的電纜線路，日負荷的變化很大，因而電纜外部熱源的溫度變化也很大[9]，所以大多數情況下需要考慮電纜線芯溫度的暫態變化過程。
考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算非常復雜，電纜的等效熱路模型中必須考慮電纜結構材料中熱容的影響，式（1）中的介質損耗Wd和線芯損耗Wc也將變為時間函數，從而給計算帶來很大困難。文獻[9]根據電纜等效熱路與電路在數學上的相似性，運用節點電壓法先求解電纜穩態線芯溫度，并在此基礎上提出了電纜暫態線芯溫度計算公式：
[T(t)=eAt+eAt0teAtEBQ(τ)dτ]（3）
式中A，B，T，Q都是影響電纜線芯溫度變化的外部因素的矩陣形式，而且它們都是隨時間變化的函數。文獻[10]在得到電纜外皮溫度的基礎上，以“只考慮負載電流變化和只考慮表皮溫度變化”兩種情況進行電纜線芯暫態溫度的公式遞推，進而推導出XLPE電纜線芯暫態溫度的完整疊加式：
[θcx=θw0+Δθc1n+Δθc2n+θcd]（4）
式中：θcx表示運行x個小時后的電纜線芯溫度；θw0為初始測量時刻的電纜表皮溫度；Δθc1n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的線芯溫升；Δθc2n表示電纜運行n小時后（n[≤]x）的外護套溫升；θcd為絕緣損耗引起的導體溫升，可以看出電纜的暫態線芯溫度為各個溫升的疊加。文獻[11]在完整演算電纜暫態熱路模型的基礎上，以“電纜表皮為等溫面、絕緣層與導體具有相同熱阻系數、僅考慮導體損耗和絕緣層損耗”三個假設條件對熱路模型進行簡化，并通過實驗和誤差分析驗證了簡化模型的有效性，簡化后的模型將大大減少計算量。文獻[12]則提出了基于電纜實際負載電流和表面溫度的拉普拉斯動態熱路模型，并通過實驗研究和誤差分析驗證了該模型可滿足電纜線芯溫度的實時監測。從文獻[9⁃12]可以看出，計算電纜暫態線芯溫度是一個非常復雜的過程，但不管應用何種方法，都必須在得到電纜材料參數和結構參數以及電纜外護套溫度或電纜的穩態線芯溫度的情況下，通過不同理論和方法進行電纜暫態線芯溫度計算公式的遞推和推導。
4結語
為了掌握XLPE電纜的運行狀態及其真實載流量，根據配電電纜的敷設特點分析了其暫態線芯溫度計算公式，驗證了計算方法的有效性，并對考慮暫態過程的電纜線芯溫度計算方法進行了討論，得到如下結論：
（1） 運用集中參數法表征配電電纜的穩態熱路模型貼合實際，推導出的計算公式只需在監測到電纜表面溫度的情況下就可反推求得電纜線芯溫度。實驗數據表明此種計算方法具有較高的精度。
（2） 電纜暫態線芯溫度的計算非常復雜，且必須在得到電纜材料參數和結構參數以及電纜外護套溫度或者電纜穩態線芯溫度的情況下，通過不同理論方法進行暫態線芯溫度計算公式的分析。
值得一提的是，XLPE電纜發生絕緣故障后通常會在故障部位伴隨有溫度異常升高的現象發生，因此已有相關學者[13]將電纜溫度在線監測與絕緣監測聯系起來，并試圖通過試驗說明兩者之間的關系。這表明隨著電纜測溫技術的發展，也將為電纜絕緣在線監測提供了一種新的思路和方法。
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中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2012）1210190-02
安全是社會首選的主題，特別強調“總書記在“十”報告中，把“確保食品、藥品等安全”作為“加快推進以改善民生為重點的社會建設”的一項重要內容使我們深受鼓舞，更加堅定了立足本職崗位和全力維護人民群眾的利益及確實做好本職工作的決心。我所從事的職業是電力方面的工作，大家都懂得，“電”自產生起就為人類的生活創造了極大的方便條件，同時也有不利的隱患，如何避免不利的隱患也是新時期電力工作重點。
1 電力電纜接地的利與避
1.1 電纜接地的有用性
為防止人身受到電擊事故和意外電力事故的產生，確保電力系統正常運行，保護線路和設備免遭損壞，同時還可防止電氣火災，防止雷擊和靜電危害等。電纜金屬護套或屏蔽的接地的作用有：① 電纜線芯對屏蔽和金屬護套的電容電流有一回路流入大地，形成安全回流，避免了電擊事故產生；② 當電纜對金屬護套或屏蔽發生短路、或出現意外時，所造成的短路電流可直接流入地下，也避免了電擊事故產生；③ 當因以外事情造成的電纜線芯絕緣損傷后，所發生相間短路發展至接地故障時，故障電流通過接地線也流入大地中，也完全避免了電擊事故產生；④ 電纜在輸電過程中存在不平衡電流所引起的感應電壓、通過地線與大地形成短路，這也防止電纜對接地支架存在電位差而放電閃絡所造成的電擊事故；⑤ 因科技發展，線電交叉扯拉經常發生，電纜直接接地可以避免回路的產生，同時也避免了線路的有一次交叉，可以盡量避免因回路漏電產生事故。
現實社會中，大量使用的交聯電纜中，大都使用的電纜屬分相屏蔽電纜，屏蔽層又分為金屬（銅帶）層和半導電層。半導電層中含有膠質碳，它們都能起到均勻電場的作用；同時碳層又能吸收電纜本體內細小間隙中，因空氣電離所產生的敗壞物質等，均勻電場內，用以保護電纜絕緣。而金屬屏蔽層的作用是：首先其可以保持零電位，使纜芯之間沒有電位差或避免產生電位差；其次是在短路時電纜承載短路電流，以免因短路引起電纜溫升過高而損壞的絕緣層，同時屏蔽層也可以防止周圍外界強電場對電纜內，傳輸電流的干擾；再次屏蔽層可以安全有效地將電纜產生的強電場限制在屏蔽層內部，同時由于屏蔽層接地，外部不存在電纜產生的強電場，不會對周圍的弱電線路及其儀表，產生強電場干擾或危及人身安全的強電場與電波。還有配電系統中電源電纜的起始端與發電廠的接地電纜網接通，末端與變電所接地網連通；變電所饋出電纜接地與各用戶連通；低壓電纜線與電纜鎧甲接地后可與高壓電纜接地等電位；大用戶的電源電纜接通了獨立的電源。這樣，高低壓電纜接地線的互相聯結，與接地網連在一起。所以，電纜接地就成了接地系統總體的重要組成部分，對電網安全運行有重要保護作用。
1.2 電力電纜接地易發生的問題
該問題主要表現在低中壓電力電纜方面和高壓電力電纜兩個方面。首先談低中壓電力電纜方面的問題總結近幾年在電力工作經驗，低中壓電力電纜接地易發生的的問題有以下幾個方面：① 低壓電纜接地不良或不規范，工藝要求不規范等。造成低壓電纜的鎧甲接地只采用數股銅線在鋼鎧上綁扎幾圈，而后普遍用塑料帶將端頭包扎成型后，再引出接地線。或還有些電氣裝置沒有接地的母線與零線、地線與盤箱柜的金屬部分連接不規范，低壓電纜的心線也不壓接接線端子，甚至更有甚者將電源電纜的心線與負荷的零線或地線用綁線扎在一起，形成了不規范的“雞爪連接”的不可靠連接方式。在制作低壓電纜中間接頭時，對相線連接質量比較重視；對于電纜心線的連接，便不夠重視；從而對于電纜鎧甲的連接質量差，易發生事故等問題。② 低壓電纜接地線斷不規范。由于過去采用低壓電網用的是三相四線制供電方式，與之相應的四芯電纜的中性線除作為中性線要通過三相不平衡電流外，還要作為保護的接地線，成為電纜的斷零線。低壓電纜斷零原因主要有：第一中性線截面過小。過去有一錯誤觀念是低壓電纜的斷零線截面可小于相線，只需通過三相不平衡電流，其電壓值較小，常將斷零線截面取為相線截面的1/2或1/3。殊不知斷零線在電纜線路發生單相接地故障時，還要通過短路電流，必須具備短路電流熱效應的線，才能承受能這種力， 否則極易發熱嚴重或燒斷線芯，形成故障。第二低壓電纜線因年久失修，腐蝕斷線。以前的接地裝置，大都采用圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管等碳素鋼材。因腐蝕氧化嚴重，經數年后不是斷線，就是接地電阻變高而形成故障。
下面介紹高壓電力電纜易發生的事故原因：1）是高壓電纜接地不良，形成電力電纜事故。高壓電纜接地問題較為復雜，接地不良因素頗多，主要表現為：① 接地線焊接不牢。高壓電纜接頭制作工藝簡單，方便安裝施工，因此而使一些單位員工忽視了接頭制作質量，對接地線焊接更不重視，導致事故因素。② 銅帶屏蔽層過流能力較弱。采用銅帶屏蔽電纜的銅帶厚度至少應為0.12mm（單芯線）和0.1mm（三芯線），規定在電纜制造時，要求銅帶連接應熔焊或銅焊，但因我們在電纜施工中發現一些公司生產的電纜采用錫焊，更有甚者采用搭接后包以塑料自粘帶加以應付。目前我國電纜制造行業對中低壓電纜金屬屏蔽層截面計算方法，沒有考慮銅帶搭接后引起的接觸不良情況情況，這種計算方法對于新生產的電纜比較適合；但在運行或存放一定時間后會由于銅帶松動、氧化等原因，使搭接處電阻增大或接觸不良。易造成短路電流不是按軸向流動，而是沿螺旋方向流動，此時，屏蔽層的電阻主要取決于銅帶厚度和總長度。這些因素都會造成接地不良現象。③ 接地線接觸不良。近年來電纜線及其附件已形成配套供應，廠家為了降低成本，附件配套接地線的長度只有500mm左右，作完電纜頭后所剩很短，只能就近接地，多數是接在電纜卡具的固定螺栓上，由于油漆和銹蝕等影響，也會產生接地端子接地不良的現象。2）高壓電纜接地斷線，形成電力電纜事故。其主要形成的原因有以下幾點：首先是銅帶屏蔽層意外損傷或斷裂，造成電力電纜的事故。其次是電力電纜本身接觸不良，大電流沖擊的燒斷，造成電力電纜的事故。再次是電力電纜接地線焊接、綁扎不牢，或端頭固定時接地線受力后與電纜屏蔽層脫離，造成電力電纜的事故。還有是電力電纜的接頭處進水、進潮、腐蝕、電解造成斷裂等因素，電力電纜事故。最后是高壓電纜因客關因素無法接地等現象。如在一些特殊環境，如城市街道、礦山、井下、還有城市供電的箱式變電所等處，由于條件等的限制，只能借助高低壓電纜的屏蔽層、護套及低壓電纜的零線形成復合的接地網。這樣就會形成高壓電纜金屬屏蔽層斷裂或接地線脫離，易造成高壓電纜無接地，從而形成電力電纜的事故。
2 電力電纜裝置時應注意的事項
我們知到，在現代生活中，電力電纜裝置絕大部分是隱蔽性的，其運行管理工作有其很強的特殊性和專業性。電纜接地質量好與壞，直接關系到人身安全、電力系統的安全運行、終端的使用狀況等。部分電纜施工安裝人員和運行管理人員對電纜接地的重要性缺乏足夠的重視。所以加強學習、提高素質、提高認識，掌握或防范接地不良故障的有效方法，應該注意以下幾點：
1）首先要正確選用電纜質量。隨著市政建設的大力發展，各種樓房高層、超高層建筑的崛起，單相用電設備的大量增加，電網中有相當多的電氣設備不斷增加，所以經常出現三相負荷不平衡現象等，電能在運行中會經常產生諧波擾動，造成三次諧波的存在。一般負荷三相電流相等時，其基礎波相位角互差不會超120度，它在中性線上的矢量和為零。但是各相的三次及其倍數諧波在中性線上卻處于同一相位，它們的波，不是互相抵消，而是互相疊加。當諧波電流含量大或超載時，中性線電流可能等于甚至超過相線電流。由此而引起的電氣火災等隱患，所以為保證供電更安全、更可靠，無論是高壓電纜還是低壓電纜，無論用于何種場所，均應注重對電纜質量的選擇或電纜均應有鎧甲或屏蔽為好。
2）保證電纜的接地線截面與其交聯電纜接頭在制作中，銅屏蔽層、鎧甲層等應分別連接不得中斷或兩者間不加絕緣分隔層出現。也就是說無論何種電纜，接地線連接必須安全可靠，杜絕出現斷線或接觸不良，導致防護層擊穿放電引發火災等現象。
3）必須作好進戶電纜防雷保護、塔燈照明、微波站和計算機房電源電纜等遠程條件的設置等工作，確保讓百姓使、用的安全、放心。
4）健全建立電纜運行狀況制度和接地問題的相關措施，制定反事故先觀措施。確保電力電纜安全運行。
3 結束語
安全是現代社會的主題，企業的安全管理是企業一切工作的基本保障。作好人員管理、現場管理也是為企業順暢發展、安全管理提供基礎保障。
中圖分類號：TM406 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0118-01
電網改造過程中，高壓電氣設備廣泛使用，交流耐壓試驗是鑒定電氣設備絕緣強度最直接的方法，也是判斷電氣設備能否投運以避免發生絕緣事故最有效最主要的手段。
1 變頻串聯諧振
1.1 工作原理
變頻串聯諧振原理是應用LC串聯諧振產生交流高壓電源來進行工作。變頻串聯諧振全套設備主要由變頻電源、勵磁變壓器、諧振電抗器、高壓分壓器和補償電容器五部分組成。
1.2 裝置配置的計算方法
實際使用時，裝置配置主要取決于以下幾個方面：①電纜的最高試驗電壓Us。②電纜的最大和最小等效電容量Cx。③電纜的試驗頻率f。工頻交流范圍：45～65 Hz。④耐壓時間T。
1.3 電力電纜交流耐壓試驗方法
電力電纜現場試驗時，被試電纜的其中一相接交流高壓電源，其它兩相接地，電纜另一端三相開路，不能三相并聯對地同時進行交流耐壓試驗。
2 現場試驗
2.1 現場使用方法及具體試驗情況
現場使用按以下步驟進行：①估算被試電力電纜的等效電容量Cx。②根據已配電抗器的情況，選擇串并聯應用。根據公式I≤2 πfCUs以及f==50 Hz計算可能的回路電流和頻率范圍，并注意電抗器的實際耐壓情況。③連接線路時，電抗器串并聯使用時應注意同名端引線及耐壓等。④確保線路連接好，接通變頻電源的電源開關。⑤試驗完畢后，降壓關機，并給電纜放電。
下面舉個具體現場例子，供大家參考。
線路名稱：豐塬變110 kV豐陜Ⅰ線路。
電纜型號：YJLW03 64/110 1×400；電纜長度：120 m
可知：此電纜的等效電容量=0.017 uF，試驗電壓=128 kV，試驗頻率為30 Hz≤f≤80 Hz，串聯諧振回路的品質因數≥30。通過理論計算裝置的配置參數如下：試驗電源輸出功率P0=，其中Us為電纜試驗電壓，Is≈w C0Us，Q為回路的品質因數，根據此公式，可計算出變頻電源及勵磁變壓器需要的最大功率為（按Q=30計算）：
P080===4.6 kW
P050===2.9 kW
可知驗裝置配置清單如下：
①變頻電源：功率10 kW，輸入電壓：AC 380 V，輸出電壓 400 V，一臺。
②勵磁變壓器：功率10 kW，輸出電壓：0.6 kV/2 kV/4 kV，一臺。
③諧振電抗器：耐壓100 kV，電流50 A，電感量50 H，兩臺。
④高壓分壓器：200 kV分壓器，一臺。
⑤補償電容器：0.1 uF/100 kV，共兩只。
現場試驗數據如表1所示。
由以上現場試驗數據可以看出，隨著高電壓的上升，由于諧振電抗器電抗量的變化而品質因數Q值的變化（下降），在實際應用中，這種現象是正常的，不用擔心，這個問題可以解決，因為品質因數Q值的變化是由于諧振電抗器電抗量的變化引起，這種變化本身沒法改變磁石，我們只需要將諧振頻率稍微調高即可。
2.2 現場試驗過程中出現的故障和原因，以及解決故障
的策略
現場試驗過程時，會出現各種問題，有些問題比較常見和容易處理，比如儀器自身問題、現場接線問題、現場供電問題以及儀器與負載的匹配問題等?，F在要說的是一種特殊情況，在現場試驗過程中，當調諧后電壓達到測量要求最高值時，有時會出現電壓突然降落，這屬于失諧現象，是正常的，因為當電壓升高后，諧振電抗器的電感量會發生變化，諧振頻率跟著變化導致高壓值發生變化。此時要想讓高壓值再次達到測量要求最高值，只需要重新改變一下諧振頻率即可。一般情況下，這時頻率稍微增加一點點即可。
3 現場試驗中的注意事項
現場試驗中的兩個注意事項：①變頻電源輸出任何一端不得接地。②必須保證系統良好的接地。
參考文獻：
[1] 周武仲編著.電力設備維修診斷與預防性試驗[M].北京：中國電力出版社，2002.
一、引言
導線和電力電纜的選擇是電力企業供電系統設計中的一個重要組成部分，由于其是構成供電網絡的主要設備元件，電力輸送只能依靠導線和電力電纜來進行。因此，在選擇導線和電力電纜的截面時，就必須在滿足供電輸送能力的同時保證供電線路的運行安全。此外，導線和電力電纜生產所需的有色金屬是國家經濟建設需求量很大的原材料，因此，如何經濟合理地選擇導線和電力電纜的截面，對節約有色金屬的使用具有重大的意義。
二、導線和電纜選擇應具備的資料
導線和電纜的截面選擇通常是趨向于最小可采用的截面。即減少導線和電纜的初始投資費用，這其中并不包括導線電纜的使用壽命等條件。為了選擇合適的導線和電纜的截面，電力企業就要向電纜生產制造廠提供盡可能多的必要資料。
（一）系統額定電壓
任意兩根導體之間的工作平率電壓的均方根值。
（二）三相系統的最高電壓
在正常的運行條件下相間電壓的最高均方根值。
（三）雷電過電壓
（四）系統的運行頻率
（五）導線和電纜的接地方式以及在中性點未有效接地的情況下，任意一次接地故障下的最大允許持續時間和年總持續時間
（六）最大額定電流
導線和電纜連續運行、周期運行及緊急運行或過載運行等情況下的額定電流。
（七）當發生短路時，電流的最大持續時間
三、導線和電力電纜截面的選擇原則
為了保證供電系統的安全可靠及經濟合理地運行，就必須按照選擇導線和電力電纜截面安全、經濟的原則進行。
（一）發熱問題
由于電流具有的熱效應，因此當電流通過量超過導線和電纜的允許電流時，就會出現導線和電纜發熱的現象，加速絕緣導線和電纜的絕緣老化。
表1
此外，還會拉伸導線的距離加大電力電纜對地及交叉跨越的危險，甚至出現燒毀導線和電纜的問題，導致危險事故的發生。為了保證供電的安全性，在選擇導線和電力電纜截面時，首先，必須要充分考慮到發熱的問題。其次，導線和電纜長期通過的最大恒定的電流不能超過導線和電纜生產標準規定的允許值，就是要按照導線和電纜的允許通過量來選擇截面。
（二）電壓損失的問題
由于導線和電纜上有電阻和電抗的存在，當電流通過導線和電纜時，通常情況下除產生一定的電能損耗外，還會產生電壓的損失，從而影響電壓質量。電壓損失超過一定范圍后，就會造成用電設備的電壓不足，影響用電設備的正常工作，損害用電設備。因此，為了保證用電設備的正常運行，在選擇導線和電纜截面時，首先要考慮導線和電纜上的電壓損失問題。其次，導線和電纜線路的電壓損失不能超過國家相關規定，根據線路允許的電壓損失來選擇導線和電纜截面。
（三）經濟運行問題
保證經濟的運行主要體現在對高壓線路和特大電流的低壓線路上，應該按照規定的經濟電流密度來選擇導線和電纜的截面，使電能損耗降到最低。而對于長距離的輸送的電纜來說，應該按最佳的經濟截面來選擇電纜的載流量，最大程度上的保證電纜的使用壽命周期。
（四）機械強度問題
在電力運輸的架空線路中，為了盡量滿足線路架設施工時的機械強度以及線路運行時遭受的風、雨、氣溫等外力變化的對線路造成的威脅，就要保證導線和電纜要有足夠的機械強度，保證線路運行的安全性。如在10kV線路中最小截面不應小于16mm?。如表2所示為最小截面Smin 的值。
表2
（五）熱穩定性的問題
為了減少電纜發生熱穩定性故障的機率，在導線和電纜截面的選擇時，就要保證導線和電纜在發生故障時按照熱穩定性校驗選擇的截面必須大于熱穩定性最小的截面。
四、選擇導線和電力電纜截面的計算
為了保證輸電線路的安全、可靠、經濟地運行，在選擇導線和電力電纜截面時，一方面要滿足正常運行時的最高允許溫度，另一方面要考慮到正常運行時的電壓損耗、經濟電流密度以及機械強度等。
（一）按發熱條件的計算選擇導線和電纜的截面
當電路通過導線時，就會產生電能損耗從而使導線發熱。當導線溫度過高時，就會導致絕緣體的損壞，從而引發事故。因此導線和電纜的發熱溫度不能超過規定的允許值，即允許的導線電纜的載流量Iyx不小于通過導線和電纜的最大負荷電流Ijs，用公式表示為：
Iyx≥Ijs
此外，還要考慮到導線和電纜的電流允許載流量與環境溫度有關，因此，當架設地點的環境溫度與導線和電纜的允許載流量對應的黃金溫度不同時，導線和電纜的允許載流量應該乘以溫度校正系數，即：
K=[（tyx-t0'）/（tyx-t0）]b
tyx指導線正常工作時的最高允許溫度
t0指導線的允許載流量對應的環境溫度
t0'指導線敷設地的實際環境溫度
而在中性線截面的選擇中，一般在正常情況下，中性線通過的電流都比較小，只是三相平衡電流零序電流，因此在選擇時中性線截面不得小于相線截面的50%。即：
S0≥0.5Sφ
（二）按經濟電流密度的計算選擇導線和電纜截面
通常來說，導線和電纜的截面越大，電能的損耗就越小，相對應就是線路投資、后期維修管理費用等的增加。因此，從經濟學的觀點來看，導線和電纜就要選擇一個經濟合理的截面，既要保證電能損耗小，又要保證不過分增加線路投資及后期維修管理費用。
表3
如表3所示為導線和電纜經濟密度的關系，而經濟截面與電流密度的公式為：
Sji=Ijs/jji
Ijs指計算電流
（三）導線選擇和電纜敷設地的環境溫度
目前，通常用的電纜敷設方式主要有：穿鋼管或塑料管敷設，直接埋入地下敷設，敷設于電纜地溝內，敷設于電纜隧道內，沿廠房或土建構筑物敷設。從技術上來將，敷設于電纜隧道內和敷設于電纜地溝內的方式是最佳的，因為便于電纜的施工、維護及檢修。時間證明公用隧道的運行效果也是最好的，這達到減少了投資。避免反復開挖路面，耽誤工期，但是高哦公用隧道的初期投資較大。相對而言，電纜地溝敷設和直接埋入地下敷設是最經濟的方式，但是其不利于電纜的后期維護和檢修。
表4
無論選擇何種敷設方式，要保證導線和電纜的運行安全就必須要考慮敷設地的環境溫度。首先，對架空輸電線路來說，要計算出當地是十年來的最熱月份最高氣溫平均值或十年以上的總平均值。其次，對電力電纜來說，若周圍介質為空氣，就要計算出十年來的晝夜平均空氣溫度中最高的三天及最低的一個晝夜平均溫度或十年以上的晝夜平均值;若周圍介質為土壤，就要計算出每年最熱月份土壤的全月平均溫度。最后，對絕緣導線來說，就要計算出十年來最熱月的晝夜平均空氣溫度及月平均值或十年以上的平均值。表4所示為我國規定的經濟電流密度。
五、結語
導線和電力電纜截面的選擇直接影響了供電網絡的投資費用以及電能損耗的大小。當導線和電力電纜的截面選小些時，可以減少供電網絡建設的投資，但是卻會造成電能損耗的增大;而當導線和電力電纜的截面選大些時，供電網絡的投資就會增加，但是電能損耗就會減少。因此，使供電網絡中導線和電纜找到一個最理想的截面使年運行費用要最小化，就必須按照我國規定的經濟電流密度選擇導線和電力電纜的截面。
參考文獻
[1]黃恩才.關于導線和電力電纜截面的選擇計算[J].林業科技情報，2010（03）.
[2]張明金.導線和電纜截面選擇原則的探討[J].中國現代教育裝備，2007（11）.
簽訂地點：***開發區工地現場
買受人：**有限公司簽訂時間： 2004 年 9 月 24 日
第一條標的、數量、規格及技術要求：詳見附件。合同總價為192.5014 萬元，人民幣金額（大寫）：
壹佰玖拾貳萬伍仟零壹拾肆元整。如供貨過程中數量型號發生變更，貨物的單價按讓利后總價同比例下浮。
第二條質量標準：所供電纜必須符合國家標準，線徑及長度均不得有負公差，需提品出廠合格
證和3C 認證。
第三條出賣人對質量負責的條件及期限：質保期為安裝完成驗收合格后18 個月。
第四條包裝標準、包裝物的供應與回收：包裝必須確保貨物運抵現場的完好無損。電纜盤由出賣
人及時回收，若有丟失買受人概不負責。
第五條隨機的必備品、配件、工具數量及供應辦法：無。
第六條合理損耗標準及計算方法：無。
第七條標的物所有權自買受人驗收合格后時起轉移， 但買受人未履行支付價款義務的，標的物
屬于出賣人所有。
第八條交（提）貨方式、地點：按買受人的要求分批運至工地現場。交貨時間為合同簽訂后10 天。
第九條運輸方式及到達站（港）和費用負擔：汽車運輸，費用由出賣人承擔。
第十條檢驗標準、方法、地點及期限：按電纜國家標準、現行行業標準及出賣人提供的經買受人
確認的樣品驗收。
第十一條成套設備的安裝與調試：無。
第十二條結算方式、時間及地點：合同簽訂后，貨物運至現場，經驗收合格后付至貨物價款的60%；
安裝完成、調試合格、驗證文件齊全后付至貨物價款的90% ；其余10％作為質量保證金，在質保期滿后
14 天內付清（不計利息）。
第十三條擔保方式（也可另立擔保合同）： 無。
第十四條本合同解除的條件：出賣人的供貨質量、時間未按合同約定，買受人有權解除合同。
第十五條違約責任：出賣人未按合同約定供貨，買受人在權對出賣人進行合同總價1%~5% 的罰款。
買受人未按合同付款，出賣人有權停止供貨。
第十六條合同爭議的解決方式：本合同在履行過程中發生的爭議，由雙方當事人協調解決；也可由
當地工商行政管理部門調解；協調或調解不成的，按下列第（一）種方式解決：
（一）提交南京仲裁委員會仲裁；
（二）依法向人民法院起訴。
第十七條本合同自雙方簽訂之日起生效。
第十八條其他約定事項：
采購合同
1、電纜進場后按國家相關標準進行檢測，檢測費用由出賣人承擔。
2、供貨數量為暫定量，具體量以買受人在施工過程中的要求為準，最終按實結算。出賣人投標報價
中已包含由此發生的運輸費用。
3、貨物單價為固定單價，不因任何原因而調整。
4、出賣人提供的電纜是全新的未使用過的。電纜不允許有接頭。電纜應持有國家歸口管理部門核發
的生產許可證，并有南京市、江寧區等相關政府進網許可證。
5、出賣人應負責指導電纜安裝、敷設、試驗等技術服務工作。
6、多芯電纜要求分色，其分色按國家標準(黃、綠、紅、藍、黑)雙色。
7、電纜的封端應嚴密。
8、出賣人生產貨物時以每號建筑為單位，不可將同種型號規格的電纜合為一根。
9、貨物運至現場后，出賣人負責免費將貨物卸至買受人指定的地點。
10、招標文件、投標文件、對投標文件的書面澄清等均作為合同附件，是合同不可缺少的一部分。
出賣人買受人鑒（公）證意見：
出賣人（章）： 買受人（章）：
住所：住所：
法定代表人：法定代表人：
委托人：委托人：
電話：電話：
傳真：傳真：
開戶銀行：開戶銀行：鑒（公）證機關（章）
帳號：帳號：經辦人：
郵政編碼：郵政編碼：年月日
簽訂時間：簽訂時間：
采購合同
附件:
使用部位：
1 號建筑
序號 材料名稱 型號規格 單位 數量 單價 合價
--------------------------------------------
1 鎧裝銅芯交聯電力電纜YJV22-0.6/1KV-4*120+70 米933 225 209925
2 鎧裝銅芯交聯電力電纜YJV22-0.6/1KV-4*70+35 米605 130 78650
3 鎧裝銅芯交聯電力電纜YJV22-0.6/1KV-4*50+25 米823 92 75716
4 鎧裝銅芯交聯電力電纜YJV22-0.6/1KV-4*25+16 米360 51 18360
5 阻燃電力電纜ZR-YJV -0.6/1KV-4*35+16 米40 70 2800
6 阻燃電力電纜ZR-YJV -0.6/1KV-5*4 米49 20 980
7 阻燃電力電纜ZR-YJV -0.6/1KV-5*2.5 米41 8 328
8 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-4*35+16 米72 65 4680
9 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-4*25+16 米221 50 11050
10 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-5*16 米46 36 1656
11 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-5*10 米147 23 3381
12 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-5*6 米67 20 1340
13 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-5*4 米88 15 1320
14 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-3*4 米29 10 290
15 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-5*2.5 米147 8 1176
16 銅芯電力電纜VV-0.6/1KV-4*2.5 米59 10 590
17 鎧裝銅芯控制電纜KVV22-22*2.5 米750 27 20250
18 鎧裝銅芯控制電纜KVV22-26*2.5 米320 31 9920
19 鎧裝銅芯控制電纜KVV22-38*2.5 米500 49 24500
20 鎧裝銅芯控制電纜KVV22-2*4 米1910 6 11460
21 阻燃銅芯雙絞線ZR-RVS-2*2.5 米9400 2.5 23500
22 阻燃銅芯雙絞線ZR-RVS-2*1.5 米22560 1.5 33840
合計 535712
使用部位：2 號建筑
序號 名稱 型號規格 單位 數量 單價 合價
--------------------------------------
1 銅芯電力交聯電力電纜 YJV-0.6/1KV
4*185+95 米 140 320 44800
4*150+70 米 710 250 177500
4*120+70 米 265 214 56710
4*35+16 米 250 62 15500
4*25+16 米 100 48 4800
采購合同
銅芯鎧裝交聯電力電
2 纜 YJV22-0.6/1KV
YJV22-4*185+95 米 160 330 52800
YJV22-4*150+70 米 180 270 48600
YJV22-4*120+70 米 150 220 33000
YJV22-4*70+35 米 180 130 23400
YJV22-5*16 米 170 43 7310
3 阻燃銅芯電力電纜ZR-YJV-0.6/1KV
4*35+16 米 250 70 17500
4 阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV-0.6/1KV
3*2.5 米 1900 4.6 8740
4*120+70 米 50 230 11500
4*70+35 米 220 123 27060
4*50+25 米 230 86 19780
4*35+16 米 100 70 7000
4*25+16 米 150 50 7500
4*95 米 120 145 17400
4*50 米 250 70 17500
4*25 米 200 45 9000
4*4 米 50 12 600
4*2.5 米 50 10 500
5*16 米 150 36 5400
5*10 米 1200 25 30000
5*6 米 1100 16.6 18260
5*4 米 900 11.5 10350
5*2.5 米 2800 8 22400
5*1.5 米 50 8 400
5*1.0 米 450 6 2700
5 阻燃銅芯屏蔽控制電
纜 WL-KVVP-3*1.0 米 2400
5.7 13680
WL-KVVP-5*1.0 米 1500 7 10500
WL-KVVP-10*1.0 米 400 12 4800
6 阻燃銅芯控制電纜 ZR-KVV-3*1.0 米 2500 2.6 6500
ZR-KVV-5*1.0 米 900 3.5 3150
ZR-KVV-7*1.0 米 400 4.5 1800
ZR-KVV-4*1.0 米 100 4 400
7 阻燃銅芯屏蔽控制電
纜 ZR-KVVP-3*1.0 米 1200
4.8 5760
合計 744600
使用部位： 3號建筑
序
號
材料名稱型號規格單位數量單價合價
鎧裝銅芯電力電纜
YJV22-0.6/1KV
4*120+70
米 285 225 64125
鎧裝銅芯電力電纜 YJV22-0.6/1KV 4*95+50 米 422 185 78070
鎧裝銅芯電力電纜 YJV22-0.6/1KV 4*25+16 米 153 51 7803
鎧裝銅芯電力電纜 YJV22-0.6/1KV 5*10 米 251 30 7530
阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV0.6/1KV-4*95+50 米 65 180 11700
第 4 頁共 6 頁
采購合同
6 阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV0.6/1KV -4*50+25 米 105 86 9030
7 阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV0.6/1KV -4*35+16 米 246 70 17220
8 阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV0.6/1KV -4*25+16 米 115 50 5750
9 阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV0.6/1KV -5*16 米 104 36 3744
10 阻燃銅芯電力電纜 ZR-YJV0.6/1KV -5*10 米 312 25 7800
1引言
隨著電力系統應用的逐步推廣，其運行可靠性和安全性問題變得越來越重要。電力故障是影響電力系統正常運行的主要因素，當前常見的電力故障主要包括電纜接頭故障、電力設備與設施故障、變壓器故障等，對這些常見的電力故障進行診斷與預警已成為提高電力系統運行效率的重要措施。
2 電力故障預警技術
2.1電纜接頭故障預警技術
電力電纜輸配電是在大型企業和城市中廣泛應用的一種供電方式，隨著供電距離的不斷增加，輸電線路上常出現電纜接頭故障，使得電纜運行出現故障。 通過研究表明，過負荷、接觸電阻等因素導致接頭溫度過高，是電纜接頭發生崩燒故障或絕緣老化現象的主要原因。
電纜接頭故障預警系統主要由五部分組成，分別為現場通信總線、數字溫度傳感器、系統通信、上位監測站和下位數據采集站。在企業或工廠主控制室放置上位監測站的控機裝置，在測溫點比較密集的區域中間分散放置數據采集站和電源。由上位監測站啟動運行溫度監控軟件，下位數據采集站采集電纜溫度數據，系統通信對數據進行分析，實時顯示、記錄現場溫度數據，根據接頭溫度特性和歷史溫度數據，通過一定的計算方法預測出溫度預報值。當前主要使用的電纜接頭故障預警技術是溫度監測系統。
溫度監測系統是一種具有綜合分析報警功能的電纜接頭故障預警技術，它能同時監測許多電纜接頭的溫度與變化，實時顯示、記錄每個接頭的溫度，綜合分析，對突發事件進行預警，便于工作人員準確及時地了解電纜的運行狀態，避免隱患事故的發生，保障送電安全。溫度監測系統主要是通過監測電纜接頭的溫度實現對電纜故障的檢測、診斷和預警功能。目前電纜接頭故障溫度監測系統多種多樣，例如基于傳感器、無線網絡技術和微機系統集成的電纜接頭故障預警系統，基于方差法的電纜接頭故障預警系統、基于微處理器技術、通信技術、離子感煙技術等的電纜接頭防火預警系統等。
2.2電力設備故障預警技術
傳統的電力設備預警技術雖然能夠對設備的運行狀態與故障進行監測預警，但是存在著兩個問題：第一，當系統報警時，設備已發生故障，不得不停機維修；第二，系統報警后，由于診斷不及時等原因導致無法及時的排除設備故障。隨著網絡技術、信號處理技術的發展，電力設備的故障診斷逐步智能化、設備預警的準確性也逐步提高，與傳統的電力設備故障預警系統相比，現代化的預警系統可以在故障發生之前進行準確的預警與診斷，排除了故障對機組造成的危害。
預警管理系統是當前部分電力設備中安裝的一種電力設備故障預警技術。它可以有效監測設備的運行，同時診斷分析實時數據和設備的歷史數據。主要由中間件、數據采集和預警管理模塊三部分組成。中間件是系統的數據中心，它從數據采集處獲得數據并處理分析實時數據，同時將相關數據信息保存至數據庫；數據采集的作用包括發送實時數據和特征值計算及將計算結果發送至中間件；預警管理是整個系統的核心，屬于后臺程序，在接收數據后，對實時數據進行處理分析，判斷設備是否發生故障，是否需要報警以及何種類型的報警。三個模塊既互相獨立又緊密相連，共同完成設備故障的診斷與預警功能。預警管理系統的主要應用包括以下幾方面：
（1）配置預警信息
預警管理系統主要是和數據庫、中間件交互，在登錄后，預警系統會自己加載相關的配置信息。初始化預警信息后，可以從數據庫中讀取預警信息，并通過組態軟件對其進行設置與修改。不同類型的報警對應著不同的設置參數，根據設備的運行狀態可以進行合理的設置，此外還可以實現趨勢報警和快變報警。
（2）查看報警
反饋報警狀態：通過聲音、短信、郵件等多種方式，將設備報警信息，如報警時間、故障點及報警類型等及時反饋給設備檢修員。
查看分析報警狀態：客戶端可以查看設備及所有測點當前的和歷史的報警狀態，從數據中分析設備各測點的變化趨勢，去趨勢變化中分析設備是否發生故障和故障類型。
（3）診斷設備
診斷技術與預警技術是緊密結合的。在預警管理系統中，可以根據診斷區域或分析方式的不同，對設備分別進行區域診斷與單點診斷或半自動診斷與自動診斷，實現故障分析與診斷。
2.3 變壓器故障預警技術
作為現代電力中的關鍵設備，變壓器在企業生產中有著至關重要的作用。電廠在輸電前，首先要通過升壓變壓器將電壓增大，用戶在用電前，又要通過降壓變壓器將電壓轉成與用戶設備匹配的電壓等級，所以，變壓器以一種最初級的電力設備，其運行狀態決定了整個電力系統的工作狀態。
當前大部分企業采用的變壓器故障診斷預警技術是油中溶解氣體技術，它可以實現在線監測，實時了解設備的運行狀態。經典的油中溶解氣體故障診斷方法主要是以油征氣體的組成和含量為依據的故障診斷法和以油征氣體的成分比值為依據的故障診斷法。隨著科學技術的不斷發展，油中溶解氣體故障診斷技術也得到了發展，并逐漸走向成熟，例如神經網絡、免疫算法、模糊數學法等，通過識別模型的方法識別現有的故障樣本數據。
以廣泛運用的基于離線油色譜的變壓器故障預警技術為例分析，其對變壓器的故障預警主要有兩種方式：
（1）基于預測模型的變壓器預警
基于預測模型的變壓器預警即先報警后診斷，主要是通過檢測油中溶解氣體的成分與含量的變化，基于歷史數據建立預測模型，預測分析下一周期的氣體情況，當實際監測數據或預測數據超過了預設的固定值時，表示變壓器發生異常，從而啟動報警系統。
（2）基于診斷模型的變壓器預警
根據離線色譜的判斷依據和診斷方法，診斷分析油色譜在線監測到的數據，在已知歷史數據和當前數據的情況下，預測下一周期的色譜數據，然后診斷預測數據，根據故障診斷的結果可以知道變壓器故障的發展狀況，根據這一結果進行預警。
3 總結
運用電力故障預警技術，能夠有效地提高電力系統的運行效率，滿足用戶的需求，降低企業的經濟損失。隨著信息化網絡技術、計算機技術的不斷發展，電力故障預警系統將越來越完善，電力故障也將不斷得到有效地解決。
Abstract: in this paper, the residential electrical design of power supply and distribution system has carried on the simple analysis and elaboration.
Keywords: residential area; Power supply and distribution system; design
中圖分類號：U223.5文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
一.設計說明
1.1 住宅小區基本情況
該住宅小區占地面積約73000平方米，共有建筑27座，其中高層住宅樓6座、多層住宅樓10座、寫字樓4座，此外還有小區物業、泵房、熱力交換站及車棚、地下車庫等公共用電設施。
1.2 設計范圍
按照市區供電部10kV及以下配電網絡設計的規定，對于住宅小區配電工程，設計范圍為：高壓側從市區公用10kV配電線路起，在接引10kV電源處設置明顯斷開點，低壓側至小區內各建筑低壓用電計量裝置上表位。
1.3 設計原則
隨著我國城鎮化建設的加速，各地的開發小區悄然興起，以滿足城市人口急劇膨脹的需求。小區的特點是占地面積大、人口集中。在供配電設計中，必須根據小區實際特點，采用多種供配電形式和方法以滿足使用功能的要求，做到整體布局合理，給每個用戶提供一個良好的用電環境。在實現安全可靠配電的同時，還要做到環境的美化，使整個小區的配電合理、適用、經濟。
住宅小區的供電方案主要有：柱上變壓器配電、獨立配電室配電、箱式變電站配電三種。其中，柱上變壓器配電方案投資小，但對小區環境影響較大，不易深入負荷中心。獨立配電室配電方案需要一定面積的土建占地，增大了建設投資，對于本設計所選擇的小區來說并不適宜。箱式變電站配電方案的特點是，體積小、占地小、外形美觀，高壓側采用電纜引入，箱變位置可以隨意選擇，使得低壓配電部分更加合理，提高了供電可靠性。因此，本設計考慮將住宅小區的主要供電模式定位為箱式變電站配電工程。
1.4 環境條件
1.當地年最高溫度+40 C°，年最低溫度-30 C°，年平均溫度+10 C°。
2.覆冰-5mm，最大風速30m/S。
3.當地海拔高度800米。
2. 住宅小區負荷計算
2.1 供配電系統概述
隨著國民生活水平的提高和房地產業的蓬勃發展，各地新建中高檔住宅小區越來越多。準確計算出住宅小區的用電負荷，合理選擇配變電設施，才能既滿足小區居民現在及將來的用電需要，又能合理降低工程造價、節省投資。供配電系統設計要徹執行國家的技術經濟政策，做到保障人身安全，供電可靠，技術先進和經濟合理。另外，供配電系統的還必須做統籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區供電條件，合理確定設計方案。
2.2 負荷分級及供電要求
2.2.1 負荷分級的相關規范：
電力負荷應根據對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規定：
1.符合下列情況之一時，應為一級負荷：
(1)中斷供電將造成人身傷亡時。 (2)中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失時。
(3)中斷供電將影響有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作。
在一級負荷中，當中斷供電將發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。2.符合下列情況之一時，應為二級負荷：
(1)中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失時。
(2)中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。
3.不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷 。
2.2.2 本工程的負荷情況：
按我國有關規范規定，凡多層住宅用電均按三級負荷供電，而小區的配套設施如面積較大或帶有空調系統的會所、商鋪及地下停車庫等則應根據《建筑防火設計規范》（GBJ 16-87）、《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116-98）、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50057-97）設置相應的消防設施，且上述消防設備應按二級負荷供電。為小區服務的保安系統、遠程集中收費系統、電視、信息網絡系統的負荷等級不應低于二級，即宜兩路供電或地區供電條件困難時，二級負荷可由一路專用10 kV架空線路或電纜供電。本工程包含高層普通住宅、多層住宅、商鋪、車庫等，屬于規范規定的二級負荷。
2.3 電源及高壓供配電系統
本小區位于城市主城區，高壓電源由附近10kV配網線路接引。近年來，為保證供電質量和供電可靠性，某些小區高壓部分采用雙電源的供電模式，但對于本設計中的小區來說，參考《城市電力網規劃設計導則》有關規定，并不符合規定中重要用戶的標準，因此，只允許接入一路高壓電源。如有需要，可對電梯、消防設施自備應急電源，但應急電源與工作電源之間必須采取措施，防止并列運行對10kV供電網絡造成反送電事故。應急電源的設置需經供電部門審查同意后方能接入。
小區南側即為10kV高壓架空線路，可直接在就近砼桿上引一路10kV電源，組立附桿1基，使用絕緣導線從線路主桿接引至附桿，再從附桿敷設高壓電力電纜至小區內高壓設備。
2.4 負荷計算
2.4.1 住宅小區住戶照明用電負荷計算方法：
簡單測算住宅小區住戶照明用電負荷的方法可以有兩種：
1.單位指標法
單位指標法確定計算負荷Pjs(適用于照明及家用電負荷)即： Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)
式中Pei——單位用電指標，如：W/戶(不同戶型的用電指標不同)，由于地區用電水平差異，各地區應根據當地實際情況取用
Ni——單位數量，如戶數(對應不同面積戶型的戶數)
應用以上方法計算負荷應乘以同時系數，即實際最大負荷(PM)。 PM=Pjs×η
式中η——同時系數，η值按照住戶數量多寡不同取不同的數值：一般情況下，用戶數量在25～100戶時取0.6；用戶數量在101～200戶時取0.5；用戶數量在200戶以上時取0.35
2.單位面積法
按單位面積法計算負荷，在一定的面積區有一個標準，面積越大的區其負荷密度越小，其表達式為：PM=Ped×S×η
式中PM——實際最大負荷，kW S——小區總面積，m2
Ped——單位面積計算負荷，W/m2η——同時系數，取值范圍同上
2.4.2 其它負荷計算方法：
根據以上兩種方法求出照明及家用負荷后，還需考慮其它用電負荷。比如本小區還包括小區物業公司、泵房、熱力交換站及車庫、自行車棚等用電負荷；另外還有四座小高層，還應考慮電梯負荷；二次加壓泵房負荷(供生活及消防用水)，以上諸負荷在計算住宅小區負荷中占比重較大的是照明及家用電負荷，而其出現最大值的時段為每天19：00～22：00，因而在計算小區的最大負荷時以19：00～22：00時段的照明及家用電負荷為基礎，然后再疊加其它負荷。其它負荷計算方法為：
1.電梯：
PD=∑PDi×ηD。
式中PD——電梯實際最大總負荷，kW
PDi——單部電梯負荷，kW
ηD——多部電梯運行時的同時系數(取值范圍見表2-1)
表2-1 電梯同時系數一覽表
2.二次加壓水泵：PMS=∑PSi×NSi
式中PMS——二次加壓水泵最大運行方式下(開泵最多的方式)的實際最大負荷
PSi——各類水泵的單臺最大負荷
NSi——最大運行方式下各類水泵的臺數
3.物業樓：
PWM=PWS×ηW
式中PWM——物業樓在照明及家用電最大負荷時段實際最大負荷
PWS——物業樓設計最大負荷，kW
ηW——物業樓負荷、照明及家用電最大負荷的同時系數
4.路燈及公用照明：
按照路燈的盞數及每盞燈的瓦數進行累加計算。路燈負荷為PL(kW)。
5.住宅小區的綜合最大負荷
P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)
3. 住宅小區供配電措施
住宅小區供配電特點：住宅小區樓房林立，各棟樓房之間空間較大，供電面積較大，負荷點的離散性大，每臺箱變供電范圍有限，因此需用多臺箱變才能滿足用戶負荷要求。
首先把開發小區根據單體建筑的布局和負荷容量進行分塊，形成以箱變為中心的配電區域。每一臺箱變置于區域的位置中心地帶，向周邊區采用電纜放射式配電（一般為6～10回路）。每一組區一般由5～8棟多層建筑組成。再由各建筑低壓電纜分支箱敷設低壓分支線纜至各單元內配電箱。除高層樓房內配電箱及多層樓房單元內電表箱有電表位置外其它均需加裝低壓電表計量箱。配電模式示意如圖3-1：
圖3-1配電模式示意
3.1. 箱式變的臺數與容量、類型的選擇
3.1.1 變壓器的容量選擇
電源采用現場一級變壓，10 kV變0.4 kV(戶外箱式變電站)。住宅小區負荷點多而分散，箱變分布在負荷中心，減小一次投入，降低運行成本，提高用戶的用電質量。從站變到箱變的10 kV用電纜連接，各個箱變的容量由各進戶單棟樓房的區域計算總負荷選定。
3.1.2 變壓器的類型選擇
目前國內10kV以下配網主要采用的變壓器類型有：油浸式配電變壓器S9系列配電變壓器，S11系列配電變壓器，卷鐵心配電變壓器，非晶合金鐵心變壓器，浸漬絕緣干式變壓器和環氧樹脂絕緣干式變壓器。
非晶合金鐵心變壓器是新一代的配網變壓器，主要優點是空載損耗低，其空載損耗值與同容量S9型變壓器相比，可降低75%，節能效果明顯。但價格較高、材料依賴進口，且并未完全推廣開來。普遍設計還是使用S9系列油浸式配電變壓器。由于采用油變容量在800kVA及以上時需加裝瓦斯保護裝置，使箱變的設計變得復雜、不易操作，也增加了安全隱患。因此，通常變壓器容量在800kVA及以上時選擇構簡單，維護方便，又有防火、難燃等特點的環氧樹脂絕緣干式變壓器，
綜上所述，本工程所使用的四臺變壓器型號分別為S9-630kVA 10/0.4kV，SCB10-800kVA 10/0.4kV，SCB10-1000kVA 10/0.4kV兩臺。
3.1.3 箱式變及內部設備的類型選擇
國內配網主要應用的箱式變有兩類：美式箱變、歐式箱變。
美式箱變是高壓開關與變壓器共箱結構的小型化預裝式變電站，它具有供電可靠、安裝迅速、操作方便、造價低等優點，但共箱式箱變的變壓器、柜體都不方便單獨拆卸，不易檢修。在實際應用中，主要用在建設空間不足、地域狹窄的位置。
歐式箱變為模塊化結構布局，將高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置三個不同的隔室內、通過電纜或母線來實現電氣連接，所用高低壓配電裝置及變壓器均為常規的定型產品。外形美觀大方，內部操作空間較大，安裝操作比較方便，易于后期檢修維護，一般為商住小區配電工程的首選。本工程所選用的箱式變型號為：ZBW-12型
3.2 高、低壓分線設備選擇
3.2.1 高壓電纜分支箱的選擇
由上述內容可知，本小區共需安裝箱式變四座，高壓主進線為一路，因此高壓電纜分支箱宜采用進線側單開關型電纜分支箱。此類新型高壓電纜分支箱為單元柜式，采用模塊化復合絕緣柜，一體化充氣SF6負荷開關，具有安全、易操作、進出線組合靈活的特點。因此本設計中高壓電纜分支箱選用長度小、電纜排列清楚、三芯電纜接引不需交叉的歐式電纜分支箱。本設計高壓電纜分支箱選擇型號為：KDF-1K-1/5型
3.2.2低壓電纜分支箱的選擇
低壓電纜分支箱采用DFW-0.4kV低壓電纜分接箱，此類低壓電纜分支箱的特點是：采用預制型電纜插器件，具有全絕緣、全密封、全防水、免維護、安全可靠。適合安裝在住宅小區的環境中，位置通常選擇安裝在需要分支進線電纜的樓房側面散水上，結構緊湊、體積較小，既不會影響住宅小區的美觀環境，也不會影響小區內正常交通。
3.3. 高、低壓電纜類型及截面型號選擇
3.3.1 低壓電纜配置原則
電纜路徑的選擇應符合下列要求：
1.應避免電纜遭受機械性外力、過熱、腐蝕等危害；
2.應便于敷設、維護；
3.應避開場地規劃中的施工用地或建設用地；
4.應在滿足安全條件下，使電纜路徑最短。
在住宅小區配電工程中，電纜主要采用直埋式敷設方式，纜外皮至地面的深度不應小于0．7m，并應在電纜上下分別均勻鋪設100mm厚的細砂或軟土，并覆蓋建筑用磚作為保護層。電纜路徑穿越小區主干道等可能有機動車行經的道路時，需穿鑄鐵保護管敷設。
10kV降壓變壓器的供電半徑通常設計值不大于500米，由箱變出線的低壓主纜敷設至各用電建筑，有單元進線的則需在建筑物的外墻上明設低壓電纜分支箱，與箱變的距離一般控制在30～200 m以內。低壓電纜分支箱接箱至各棟電源箱的進戶電纜控制在25～150 m以內，設計應考慮電纜路走捷徑。
3.3.2 高壓電纜的選擇
高壓電纜選用鋁芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝氯乙烯護套電力電纜（YJLV22 6/10kV）。
交聯聚乙烯絕緣電力電纜具有卓越的熱—機械性能，優異的電氣性能和耐化學腐蝕性能，還具有結構簡單、重量輕、敷設不受落差限制等優點，是目前廣泛用于城市電網、礦山和工廠的新穎電纜。交聯聚乙烯絕緣電力電纜導體最高額定工作溫度為90℃，比紙絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電纜、聚乙烯絕緣電纜均高，所以電纜的載流量也進一步提高。
3.3.3 高壓電纜截面選擇
依據3.1.2中變壓器一次側的額定電流，可以確定所要選的高壓電纜截面型號：
630kVA變壓器選用YJLV22-3×35高壓電纜，800kVA變壓器選用YJLV22-3×50高壓電纜，1000kVA變壓器選用YJLV22-3×50高壓電纜，高壓主進線選用YJLV22-3×150高壓電纜。
3.3.4 低壓電纜的選擇
低壓電力電纜采用銅芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜（YJV22 0.6/1kV ）。本工程中除自行車棚照明用電選用兩芯電纜外，其余低壓電纜均為四芯電纜。
3.3.5 低壓電纜截面選擇
低壓電纜截面可根據負荷值的大小計算選擇，依據有功功率計算公式：P=√3UIcosφ
根據第二章計算出的負荷值，代入上式得出各居民樓負荷電流值：I=P÷（√3UIcosφ）
再依據不同規格電纜載流量選擇所需電纜截面，考慮低壓電纜使用中熱穩定影響以及線路長度造成的電壓降的情況，實際使用的電纜截面選擇必須在按需用電流的基礎上增大一到二個型號的截面。
各住宅樓單元進線電纜選擇：本小區多層住宅樓每單元每層為2戶，每單元共12戶，按單位指標法計算Pjs=Pei×Ni×η=4kW×12戶×0.8=38.4kW，所需電流為I=P÷（√3UIcosφ）=68.64A，選YJV22 -4×25mm2型。自行車棚負荷主要為照明負荷，從低壓電纜分支箱至車棚電表電源電纜選用YJV22 -2×10mm2型；地下車庫負荷為三相四線，從低壓電纜分支箱至車庫電表電源電纜統一選用YJV22 -4×16mm2型；
小區商戶一般為二層，平均面積在200平方米，依面積法計算單戶負荷為：PM=Ped×S=80W/m2×200m2÷1000=16kW，所需電流為I=P÷（√3UIcosφ）=28.6A，從電纜分支箱至各商戶低壓電纜選用YJV22 -4×16mm2型。
4.防雷接地
4.1 電力設備防雷
在配電網絡中，由于接地種類的不同，其保護接地方式、供電系統也有所不同。正確理解和推廣使用幾種低壓保護接地方式及供電系統，對提高電網安全、可靠運行水平有著十分重要的意義。
4.2 低壓配電系統的接地型式和基本要求
低壓配電系統的接地形式可分為TN、TT、IT三種系統，其中TN系統又可分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種形式。
1.TN系統應符合下列基本要求：
(1)在TN系統中，配電變壓器中性點應直接接地。所有電氣設備的外露可導電部分應與配電變壓器中性點相連接。
(2)保護導體或保護接地中性導體應在靠近配電變壓器處接地，且應在進入建筑物處接地。
(3)保護導體上不應設置保護電器及隔離電器。
(4)保護導體單獨敷設時，應與配電干線敷設在同一橋架上。
采用TN--C-S系統時，當保護導體與中性導體從某點分開后不應再合并，且中性導體不應再接地。
2.TT系統應符合下列基本要求：
(1)在TT系統中，配電變壓器中性點應直接接地。電氣設備外露可導電部分所連接的接地極不應與配電變壓器中性點的接地極相連接。
(2)TT系統中，所有電氣設備外露可導電部分宜采用保護導體與共用的接地網或保護接地母線、總接地端子相連。
3.IT系統應符合下列基本要求：
(1)在IT系統中，所有帶電部分應對地絕緣或配電變壓器中性點應通過足夠大的阻抗接地。電氣設備外露可導電部分可單獨接地或成組的接地。
(2)電氣設備的外露可導電部分應通過保護導體或保護接地母線、總接地端子與接地極連接。
(3)1T系統必須裝設絕緣監視及接地故障報警或顯示裝置。
(4)在無特殊要求的情況下，IT系統不宜引出中性導體。
4.設計時應根據系統安全保護所具備的條件，并結合工程實際情況，確定系統接地形式。
4.3 接地種類
1.工作接地：為保證電力設備達到正常工作要求的接地，稱為工作接地。中性點直接接地的電力系統中，變壓器中性點接地，或發電機中性點接地。
2.保護接地：為保障人身安全、防止間接觸電，將設備的外露可導電部分進行接地，稱為保護接地。保護接地的形式有兩種：一種是設備的外露可導電部分經各自的接地保護線分別直接接地；另一種是設備的外露可導電部分經公共的保護線接地。
3.重復接地：在中性線直接接地系統中，為確保保護安全可靠，除在變壓器或發電機中性點處進行工作接地外，還在保護線其他地方進行必要的接地，稱為重復接地。
4.保護接中性線：在380/220V低壓系統中，由于中性點是直接接地的，通常又將電氣設備的外殼與中性線相連，稱為低壓保護接中性線。
本工程中所使用的高、低壓設備接地均選擇保護接中性線方式，將接地裝置與設備外殼連接實現接地保護。
4.4 接地裝置
1.接地裝置：
接地裝置可使用自然接地體和人工接地體。在設計時，應首先充分利用自然接地體。
(1)自然接地：
在新建的大、中型建筑物中，都利用建筑物的構造鋼筋作為自然接地。它們不但耐用、節省投資，而用電氣性能良好。
(2)人工接地體：
人工接地體有兩種基本型式：垂直接地體和水平接地體。垂直接地體多采用截面為50mm×50mm×4mm，長度為2500mm的角鋼或圓鋼；水平接地體多采用截面為40mm×4mm的扁鋼。
2.接地電阻：
《電力設備接地設計技術規程》規定，低壓中性點直接接地系統中，100kVA以上變壓器接地電阻值≤4Ω。
本工程所使用的設備接地均為人工接地體接地，按設備基礎設計圖配套安裝，箱式變及高壓電纜分支箱的接地電阻值應控制在≤4Ω，低壓電纜分支箱的接地電阻值≤10Ω。
5.總結
通過此開發小區的設計，使我們的設計理念有了更深層次的認識和提高。設計必須根據小區實際，符合其特點，采用多種供配電形式和方法，滿足使用功能的要求，不但做到整體布局合理，在宏觀上保持三相負荷分配基本平衡，而且在微觀上要做到細致，給每個用戶提供一個良好的用電環境。在實現安全可靠配電的同時，還要做到環境的美化，使整個小區的配電合理、適用、經濟。
參考文獻
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3. 《電力工程設計手冊》·電力工業部
4. 《電力設備接地設計技術規程》
5. 《電力工程電纜設計規范》
1 前言
隨著電力系統朝著高電壓、大容量、高密度的方向發展，交聯聚乙烯（XLPE）電纜在城市電網建設中得到了越來越廣泛的應用。但XLPE在鋪設及使用過程中會受到外力的破壞形成機械損傷從而影響電纜的正常使用;一方面，電纜敷設的環境較為惡劣，敷設過程中要受到拉伸、彎曲、擠壓等原因，造成護套和絕緣層的損傷;另外一方面，敷設完畢的電纜也可能受到土建施工、車輛震動等外力影響，也會造成電纜護套和絕緣破損現象。有些機械損傷可能并不嚴重，當時沒有太大影響，但在今后的運行過程中會慢慢暴露出來問題，并發展成故障，并有可能釀成停電事故。因此，如果能在故障暴露前，通過檢修等手段及時發現并解決潛在問題，可以避免故障的發生。從而保證其供電可靠性，有效降低配電網的故障率。
為了模擬現場的電纜機械損傷，并且能通過電纜振蕩波局放測試系統（OWTS）進行有效的檢測和定位，本文基于一套自主開發的OWTS裝備和一組通過機械損傷模擬現場缺陷的試驗電纜條件下，對一卷400米的XLPE電纜進行故障檢測和定位研究工作，介紹了一套完整的故障電纜檢測和計算方案。
2 穿刺類型損傷試驗
為了模擬現場的電纜缺陷，本試驗配備了10kV的交聯聚乙烯（XLPE）電纜一卷，總長度400米。電纜兩端壓制冷縮終端接頭，制作終端接頭過程中不能留有尖角、毛刺、碎屑等切割不整齊的痕跡，主絕緣的相關接縫處用砂紙打磨光滑，否則終端接頭處在高壓下將產生電暈放電，干擾試驗信號的有效采集，加工完成的試驗電纜如圖1所示。
在電纜標記有305米的地方，采用長度20mm，直徑2mm的釘子將其穿透外護套釘入主絕緣，如圖2所示。本試驗過程中，為了模擬缺陷在不同嚴重程度下的測試效果，將釘子釘入的深度由淺到深調整，并分別進行試驗和處理試驗結果。
本試驗使用完全自主研發的OWTS系統，將振蕩波發生器的專用無局放轉接電纜與試驗電纜對接后，根據實驗電纜的設計額定電壓U0值，測試電壓分別在0.5U0、0.7U0、0.9U0、1.0U0、1.2U0、1.4U0、1.5U0、1.6U0、1.7U0下進行測試（本試驗使用的電纜額定有效電壓為U0=8.7kV），在釘子扎入深度為約5mm、10mm和15mm時未發現放電現象，試驗采集到的數據如表1所示。
圖1 電纜終端接頭處理效果圖 圖2穿刺機械損傷效果
表1 機械損傷深度5-15mm下的OWTS測試結果
序號
釘子深度（mm）
電壓倍數U0
電壓峰值（kV）
測試結果
1
5
0.5～1.7
6.15～20.90
無局放
2
10
0.5～1.7
6.15～20.90
無局放
3
15
0.5～1.7
6.15～20.90
無局放
結合電纜的設計參數分析可知，該段電纜的主絕緣厚道約為20mm，將釘子由5mm到10mm的不同深度釘入后，用OWTS系統進行局放測試，電壓由0.5倍的U0加到1.7倍的U0均無局部放電產生。因此：
（1）主絕緣還有5mm，尚未被完全破壞;外屏蔽層只被定穿2mm左右的，機械破壞的程度不足以引起電纜產生局部放電缺陷。
（2）振蕩波局放測試系統產生的電壓幅值可以達到1.7倍的U0，但是其幅值成指數衰減;整個加壓振蕩衰減的過程只持續0.1～0.5秒左右，其能量較小，在短期內并不會暴露其缺陷。
3 屏蔽斷裂損傷試驗
結合現場機械損傷一般會伴隨外護套及屏蔽層損傷，有些甚至損傷半導電層的情況。對現有的電纜故障進行改進。在原來的釘子拔出，并將電纜的外護套、屏蔽層、半導電層都去除，如圖3所示。
同樣用電纜振蕩波局放測試系統進行測試。測試在電纜的標有400米的一端進行，測試的電壓還是從0.5U0逐漸加到1.7U0分別進行測試。
圖3 屏蔽層斷裂的機械損傷效果
試驗結果及分析：
序號
電壓倍數U0
電壓峰值（kV）
測試結果
圖示
1
0.5
6.15
無明顯局放
/
2
0.7
8.61
無明顯局放
圖.4
3
0.9
11.07
有局放，最大值352pC
圖.5
4
1.0
12.30
放電次數明顯增加，最大值385pC
圖.6
在電纜振蕩波局放測試系統的測距過程中，從0.9倍U0開始，出現局部放電，隨著電壓的升高，局放明顯增加，并且在1.4倍U0時電纜的缺陷開始擊穿，產生爆鳴聲，同時伴隨有電弧光放出。
圖4 加壓0.7U0，無明顯局放
圖5 加壓0.9U0，出現局放
圖6 加壓1.0U0，局放此次明顯增加
對存在局部放電的幾次測試數據進行定位分析，分析方法采用的是基于XLPE電纜的時域反射的原理。對所有的放電定位結果數據進行統計分析，放電位置發生在95.76米左右，與實際的為95米（測試端在電纜標記400米處測量，故障在電纜標記305米處）非常接近。詳見圖7、圖8。
圖7 某次局放的定位分析
圖8 所有局放定位結果統計
4 結束語
通過對10kV交聯聚乙烯（XLPE）的穿刺和斷裂兩種類型的機械損傷試驗，模擬了現場機械損傷在OWTS系統下的檢測效果。試驗證明，可以采用電纜振蕩波系統對類似的機械損傷進行有效的檢測并定位，定位精度能夠達到1m以內，另外，OWTS系統對穿刺類損傷的檢測靈敏度較差，需要結合耐壓試驗進行檢測。本文提出的基于OWTS的電纜機械損傷故障試驗方法，能夠給電力電纜的檢修提供了實驗依據和參考，可以有效地提高電纜檢修效率，從而為電網的可靠運行提供保障。
中圖分類號：C29 文獻標識碼：A 文章編號：
節能是我國經濟和社會發展的一項緊迫任務，要把節約資源作為基本國策，加快建設組員節約型、環境友好型社會。就供電企業而言，主要體現在節能降損方面。國家電網公司及有關部門制定了一系列的管理規定和管理辦法，如《國家電力公司電力網電能損耗管理規定》、《供電所線損管理辦法》《節能降損技術手冊》等，將節能降損問題視為國家考核電力企業的一項重要經濟指標。
l當前供電企業線損管理中造成的電力損耗分析
供電企業解決管理線損的方法是要定期在春秋兩季樹木生長繁茂的季節和臺風高發季節進行清除線路障礙工作，還要對絕緣子進行擦拭和維護，減少供電設施短路跳閘，帶來的不必要的放電損耗。如果線路故障導致某條線路停止工作，就有可能被另外設備代替工作。于是負荷就隨著增大，消耗也隨著增加。因此要定期做好維護避免多余損耗發生。供電企業的線損管理中，人為因素也占有相當大的比例。由于管理不當竊電問題常有發生，尤其是用電量大或高耗能用戶最容易竊電；由于抄表人員錯抄、漏抄、估抄等人為工作失誤造成的電量流失；解決人為線損主要辦法是嚴肅用電紀律，嚴打竊電行為。加強工作規范，大量采用電能量采集系統進行遠程抄表，這樣就能有效克服了傳統的手工抄表，抄表員不到現場、估抄等問題。已經完成遠程抄表的抄表終端系統與計算機連接，可實現數據的快速導入和導出，省去以往由收費員手工錄入表碼這一步，避免二次錄入的差錯，大大提高工作效率。同時，系統與SG186營銷管理系統接口可快速計算客戶電量、電費，并對客戶電量異常發出報警，提示抄表員進行現場重新復核，減少抄表差錯率。該系統還能實現客戶電表信息、電價信息、地址信息、聯系信息、用電信息、欠費信息等的查詢。從技術上直接解決了漏抄、錯抄、估抄等不良行為。電能計量的誤差是產生于電能計量裝置綜合誤差。為了避免誤差的產生需要選擇高精度、穩定性好的多功能智能型電能表。由于電子技術的發展，現在多功能智能型電子表已日趨完善，其誤差較為穩定，且基本呈線性，具有四種電能計量和脈沖輸出、失壓記錄、追補電量等智能監測控制其他智能管理功能，且過載能力強、功耗小。使用智能型多功能電子式電能表，在控制電量損耗的同時由于它精確程度高，也保證了用戶的利益。
2供電企業設備管理導致的線損問題
供電設備主要由線路、變壓器、低壓線路、電動機、絕緣子、電能表等為供電服務的設施構成。由于資金問題，和歷史遺留等問題，導致電網規劃與布局不合理，變壓器與其所帶負荷不匹配，輸配電變壓器容量選擇不當，高耗能配電變壓器不能及時更換，變壓器運行方式不科學等原因，造成的迂回供電、近電遠送、變壓器負荷運行、空載、輕載等情況，進而造成電能損耗增加。解決布局不合理問題主要是科學制訂電網規劃，合理配置輸變電設備，經過技術經濟比較優選設計方案，確保電網建設施工質量。合理選擇變壓器及輸電線路，禁止淘汰型高耗能輸變電設備進入電網，加強電網和用戶無功補償設備的配置，城鄉公用變壓器宜按照靠近負荷中心、小容量、密布點、短半徑的要求進行設置。導線截面過大過小引起的線路輕載、空載或超負荷運行以及電力設備、線路老化引起的絕緣等級降低、阻抗增大、介質損耗、瓷瓶或瓷套泄漏增大等問題都容易導致線損增加。及時做好供電線路維護工作。做好大型用電單位的增容工作。定期進行夜間巡查，檢查絕緣子和導線接頭有沒有打火現象產生。定期清理絕緣子上面的污垢，避免由于接觸不良導致不必要的放電，損耗電量。電動機的繞組，以銅或者鋁材料為導體時，當電流通過情況下，對電流呈現的特有阻力。電能在電力網傳輸中，必須克服導體的電阻。電動機需要建立并維持旋轉磁場，才能正常運轉，帶動機械負荷作功。變壓器需要建立并維持交變磁場，才能起到升降壓和輸送電能的作用。在交流電路系統中，電流通過電氣設備，電氣設備消耗系統的無功功率，建立并維持磁場的過程，即是電磁轉換過程。在這電磁轉換過程中，電氣設備的鐵芯中產生磁滯和渦流，使電氣設備的鐵芯溫度升高和發熱，從而產生電能損耗。因這種損耗是交流電在電氣設備鐵芯中建立和維持磁場作用而產生的，這種損耗與通過電氣設備的電流大小無關，從而產生了電能損耗，這種損耗比較固定。不容易降低。變壓器在工作中應該盡量避免三相電源的電壓不對稱。三相不平衡時，使變壓器處于不對稱的運行狀態，導致變壓器損耗加大的同時嚴重消耗電量。使變壓器零序電流過大，局部金屬件溫度升高，甚至可以燒毀變壓器。在無功耗電的狀態下，造成直接的經濟損失。為了達到三相負載的對稱，應該把三組單相接戶線應由同一電桿上引下，并且保持三組單相的接戶線負載應盡可能保持平衡。在日常維護工作中定期測量三組接戶線的負載，檢查三相負載是否平衡，不平衡時應該立刻進行調整。減少配變臺區供電半徑范圍，最多不超過500m，控制單相接戶線的總長度，一般不得超過20m，單相負載電流超過10A時必須直接從三相四線制線路上引下，如距三相四線制線路較遠，應重新架設三相四線制線路，來保證三相平衡。增加導線截面積及每相的分裂導線數，或采用耐高溫線材。最近耐高溫線材技術的進步，為減輕中短距離輸電線的熱穩定極限的限制提供了一條有效途徑。采用耐高溫線材的輸電線傳輸的電流是普通鋁包鋼增強型導線的2～3倍，而它的截面直徑與普通導線相同，不會增加桿塔等支撐結構的負擔。在許多情況下，由于電壓約束、穩定性約束和系統運行約束的限制，輸電線路的運行容量遠低于線路的熱穩定極限。許多技術即針對如何提高輸電容量的利用程度而被發明出來。當發生并聯支路潮流或環路潮流問題時，調相器常被用來消除支路的熱穩定限制。串聯電容補償是另一種遠距離高壓交流輸電線路常用的提高輸電容量的方法?，F在人們利用大功率電力電子技術開發了一系列設備，統稱為柔流輸電設備，它可以使人們更好地利用輸電線、電纜和變壓器等相關設備的容量。達到節能降耗的目的。
3供電企業線損計算方法
輸出線路損耗的計算公式：
P=12R
式中：P——損失功率，W；
I——負荷電流，A；
R——導線電阻，。
三相電力線路損耗計算公式：
P=PA+PB+PC=312R
電纜線路的電能損耗由導體電阻損耗、介質損耗、鉛包損耗、鋼鎧損耗，組成。一般情況下介質損耗約為導體電阻損耗的1～3%，鉛包損耗約為1．5%，鋼鎧損耗在三芯電纜中，如導線截面不大于185mm2，可忽略不計。電力電纜的電阻損耗，一般根據產品目錄提供的交流電阻數據進行電能損耗的計算，在代表日電力電纜的損耗為：
W=3r01×24×10-3 (kW·h)
式中：0——電力電纜線路每相導體單位長度的電阻值，∕km；
1——電力電纜線路長度，km。
電網中功率消耗和運行電壓的平方成反比，在輸送相同功率時適當提高運行電壓，即可以確保電壓質量，也能降低損耗。在降低消耗工作中可以通過提高供電設備的功率因數，來減少無功電流的分量。從而改變公用變壓器的功率因數，來給正在運行中的配電變壓器進行合理的無功補償，提高公用變壓器的功率因數。平衡變壓器運行的數量，保證變壓器以最小功率運行。避免超負荷運行。線損的計算方法還有均平方根電流法和平均電流法。均方根電流法的物理依據是線路中流過的均方根電流所產生的電能損耗，相當于實際負荷在同一時期內所消耗的電能。它的計算公式應用均方根電流法計算，由于配電變壓器的額定容量不能體現其實際用電量情況，因此對于沒有實測負荷記錄的配電變壓器，用均方根電流核與變壓器額定容量成正比的關系來計算一般不是完全符合實際負荷情況的。只可以借鑒作為線損推理的輔助數值。各分支線和各線段的均方根電流根據各負荷的均方根電流代數相加減而得到，而在一般情況下，實際系統各個負荷點的負荷曲線形狀和功率因數都不相同，因此用負荷的均方根電流直接代數相加減來得到各分支線和各線段的均方根電流不盡合理。這是產生誤差的主要原因。
結束語
通過上文的論述，我國供電企業的現狀仍然存在著諸多的不足有待改善，我們必須從多角度，多方向共同努力，實現管理水平的改進與提升，有效降低損耗利國利民，控制線損、降低線損、實現電網經濟運行是電力企業現代化管理的核心內容，促進我國供電企業線路的利用率，提高供電企業的經濟效益。
參考文獻
[1]周云丹．縣級供電企業線損管理分析[J]．中國科技信息，2005
隨著我國社會經濟的發展，城市建設的步伐加快，用電負荷也快速增加高壓、超高壓交聯電纜正被越來越廣泛的使用。但是目前國內高壓交聯電纜通常采用單芯電纜，在電纜的安裝使用過程中亦發現不少問題，本文對一起110kV電纜在進行交接驗收試驗時外護套燒毀事故進行原因分析。
1 事故概況
2011年9月，河北省某碼頭110kV電纜進線工程，該電纜型號規格YJLW03―64/110kV―1*630mm2，雙回路，穿管敷設，每回長度約1500米，分三段做中間接頭，每段電纜長度約500米，均采用交叉互聯接地。電纜敷設安裝結束按要求進行交接試驗，試驗單位為某供電局修試所。試驗過程中，將兩個回路中C相電纜并聯進行交流耐壓試驗，電壓升到128kV并持續約15分鐘時，現場人員發現1#接頭井、2#接頭井內冒出大量煙霧，隨即停止試驗。經檢查，發現1#、2#接頭井內多根電纜外護套不同程度燒毀，其中兩個C相電纜大約2米長度外護套幾乎全部燒光，與之相鄰幾根電纜由于被引燃，也存在不同程度的燒毀情況。同時在該電纜線路其他檢修井內也發現兩根C相電纜外護套表面有多個擊穿點。
圖1
2 原因分析
2.1 高壓電纜結構
由于高壓電纜導體截面大，絕緣層較厚，如果成纜后再加上填充及外護套，電纜整體外徑及重量會非常大，不利于生產加工及運輸，施工難度也會很大，故國內高壓電纜普遍采用單芯結構，其主要構成包括導體、導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽、緩沖阻水帶、皺紋鋁護套、非金屬外護套（表面含半導電層），如圖2所示
圖2
2.2 高壓電纜的接地方式
由圖2可知，高壓單芯電纜結構中，絕緣線芯外包覆有皺紋鋁護套，鋁護套一方面起徑向阻水作用，另一方面在電纜正常運行時通過電容電流，當系統發生短路故障時為故障電流提供了回流通路。由于單芯高壓電纜的特殊結構，當導體通過交變電流時，其產生的交變磁場與金屬護套交鏈，在金屬護套上會產生感應電壓。該感應電壓與電纜的長度、導體負荷電流、頻率成正比關系，感應電壓過高不僅會危及到人身的安全，還可能會擊穿外護套絕緣。故此GB50127―2007《電力工程電纜設計規范》明確規定：交流單芯電纜線路正常感應電動勢的最大值在未采取有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V，其余情況不得大于300V。
為降低金屬護套的感應電壓，滿足規范要求，同時避免單芯電纜金屬護套兩端接地時產生環流，不僅需要根據GB/T11017―2002《額定電壓110kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》及GB/Z18890―2002《額定電壓220kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》標準要求，敷設后電纜外護套需通過直流10kV/1分鐘耐壓試驗，而且根據實際情況來合理選擇不同的接地方式，通常有單端接地、中間接地、交叉互聯接地。
2.3 高壓電纜的懸浮電壓
由2.2可知，高壓單芯電纜導體通過交變電流時，如果選擇正確的接地方式后，金屬護套對地感應電壓很低，最高不超過300V。但是一旦高壓單芯電纜金屬護套未接地或接地方式被破壞，造成金屬護套兩端出現未接地現象，金屬護套對地的感應電壓就會改變為極高的懸浮電壓，引發事故。
2.3.1 懸浮電壓的計算
電纜本身是容性負載，導體與金屬護套（或金屬屏蔽）可以看作電容的兩個極。高壓單芯電纜外護套表面均包含有半導電層，其主要作為電纜外護套絕緣試驗的一個電極，電纜敷設安裝后，其外護套表面半導電層與地（金屬支架等）產生良好接觸時，如果電纜金屬護套不接地，此時導體與金屬護套間、金屬護套與地間形成一個串聯的電容分壓器，假設導體與金屬護套間電容為Ca，金屬護套與地之間電容為Cb，如果導體上施加電壓為U，則金屬護套上會產生Ca、Cb對U的分壓U懸浮，且每一點的電位相等，即懸浮電壓U懸浮。于是有
（式1）
式1計算公式。另外電纜外護套表面半導電層由于種種原因與地（金屬支架）未接觸或接觸不良時，如果電纜金屬護套不接地，此時除了Ca、Cb外，還有金屬護套與地及周圍環境之間的空氣雜散電容C空，則金屬護套上產生Ca、Cb、C空對U的分壓U懸浮1，此時Cb、C空
（式2）
串聯后再與Ca串聯分壓，如果將Cb、C空串聯后的電容看作Cx，于是有式2計算公式。式1中Ca、Cb根據廠家提供電纜結構參數，由電纜電容計算公式式3求取，此時電容是定量，懸浮電壓主要與導體施加電壓成正比。式2中Cx的計算需要根據電纜敷設現場實際空間求取C空，此時電容是變量，計算比較復雜，而且C空與Cb串聯后電容變小，式2條件下計算出的懸浮電壓數值要比式1條件下高。式3中，Di為電纜外徑，Dc為導體外徑。
（式3）
2.4 事故原因
現場調查得知，該電纜線路設計為交叉互聯接地，電纜試驗標準依據為GB50150―2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》，試驗電壓128kV，時間60分鐘，諧振頻率為20―300HZ?，F場勘查發現，電纜接頭井與檢修井中電纜均放在金屬支架上，但是外護套未能與金屬支架良好接觸，電纜線路兩個終端的鋁護套均良好接地，但是1#、2#接頭井內電纜中間接頭鋁護套引出端未能與交叉互聯箱進行聯接，導致電纜線路在耐壓試驗過程中，1#接頭井至2#接頭井中間段電纜鋁護套未接地，產生懸浮電壓。假設該電纜敷設后，外護套半導電層與地（金屬支架等）良好接觸，此時該中間段電纜鋁護套上產生的懸浮電壓按照式1來計算，根據廠家提供電纜參數得知，導體與金屬護套間電容為0.219μF/km，電纜外徑為98.2mm，鋁護套厚度為2mm，外護套厚度為4.5mm，真空介電常數ε0=8.86×10-3μF/km，外護套材料為聚乙烯的相對介電常數ε=2.3。根據式3則有Cb=6.28×8.86×10-3μF/km×2.3÷ln（98.2÷89.2）=1.331μF/km。如L為電纜實際長度，根據式1則有
而現場實際情況是電纜外護套半導電層未能與地（金屬支架等）良好接觸，則有U懸浮1產生，根據式2可知，由于Cx變小，故U懸浮1要幾倍于18.08kV，由于C空與電纜實際使用空間有關，C空的取值越小，則U懸浮1越大。該金屬護套上產生的U懸浮1已經遠遠超過外護套耐壓試驗所要求的10kV電壓，過高的電壓導致外護套擊穿。外護套擊穿后，由于電纜外護套半導電層未能與地良好接觸，金屬護套會對地進行放電，因此時電纜導體上仍然施加有電壓，使得金屬護套不斷對地進行放電，并通過電纜外護套表面半導電層爬電連通到距離最近的接地電阻較小的金屬支架或其他固定金具等有效接地點，產生弧光放電，導致電纜外護套起火燃燒，加上外護套采用的是易燃的聚乙烯材料，加大火勢并引燃了臨近電纜。發現情況后雖經及時處理，亦造成了多根電纜燒毀，只能進行更換，結果損失慘重。
3 預防措施
鑒于懸浮電壓的危害性，故高壓單芯電纜在進行交接試驗或通電投運前，必須對電纜金屬護套（金屬屏蔽）的接地情況進行認真檢查，并確保接地牢靠。另外由于鋁芯電纜端子容易氧化，會導致端頭接觸電阻變大，應避免使用鋁芯電纜作為接地線。
高壓單芯電纜進行交接試驗時，由于未帶負荷，此時導體承載電流很小，即使金屬護套（金屬屏蔽）兩端接地，環流亦可忽略不計。為確保試驗時電纜金屬護套接地，對采用單端接地或中間接地方式的線路，最好將電纜兩端金屬護套全部接地進行試驗。對于采用交叉互聯方式接地的線路，必須對整個線路認真檢查，確保所有交叉互聯箱、接地箱的正常連接后，方可進行試驗。試驗期間，派專人對試驗電纜線路進行查看，發現異常情況，及時處理，避免發生事故。
電纜通電運行后，要經常對線路進行巡視檢查，避免接地箱被盜或破壞后產生懸浮電壓。如果發現電纜出現完全懸空狀態，應立即停電進行處理，未停電時嚴禁直接用接地線接地來消除懸浮電壓，除非有特殊保護裝置才能臨時處理，但是在停電后，亦必須按照原線路接地方式進行恢復。
參考文獻：
[1]卓金玉.電力電纜設計原理[M].北京：機械工業出版社，1999.
[2]GB 50217―2007，電力工程電纜設計規范[S].
