兩起中壓電纜絕緣屏蔽處擊穿事故分析

摘 要：在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的今天，城市配電網(wǎng)電纜的長(zhǎng)度已經(jīng)逐漸超過了架空線路的長(zhǎng)度，這就對(duì)電纜線路供電的安全性和可靠性提出了更高的要求。在電纜線路的運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電纜端部金屬護(hù)套和屏蔽層斷開位置絕緣被擊穿而引發(fā)事故的情況。簡(jiǎn)要闡述了國(guó)網(wǎng)晉中供電公司發(fā)生的兩起中壓電纜事故，并分析了電纜端部絕緣屏蔽處的電場(chǎng)分布情況，就如何改善電場(chǎng)分布，降低電纜端部金屬護(hù)套和屏蔽斷開后電場(chǎng)強(qiáng)度問題提出了相關(guān)意見，以期不斷提升運(yùn)檢質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：事故分析；電力電纜；絕緣性能；電場(chǎng)分布

中圖分類號(hào)：TM215.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.001

1 概述

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力電纜以其特有的優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用于地下、水底等各種敷設(shè)環(huán)境中，因?yàn)樗軡M足長(zhǎng)期、安全傳輸電能的需求。近幾年，高電壓、大容量、大長(zhǎng)度電力電纜研制和應(yīng)用在不斷發(fā)展，交聯(lián)聚乙烯電力電纜作為主流產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于輸電線路和配電網(wǎng)中。在一些發(fā)達(dá)城市的配用電系統(tǒng)中，電纜線路的長(zhǎng)度已經(jīng)超過了架空線路的長(zhǎng)度。

截至2014年底，筆者所在的國(guó)網(wǎng)晉中供電公司已投運(yùn)的220 kV電壓等級(jí)交聯(lián)聚乙烯電力電纜有5.3 km，110 kV電壓等級(jí)的有50.7 km，城市配網(wǎng)10 kV電纜有233.7 km。電力電纜線路故障率與多數(shù)電力設(shè)備一樣，投入運(yùn)行初期（1～5年內(nèi)）容易發(fā)生運(yùn)行故障，這主要是因?yàn)殡娎|及其附件產(chǎn)品的質(zhì)量和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問題；在運(yùn)行中期（5～25年內(nèi)），電纜本體和附件基本進(jìn)入了穩(wěn)定期，線路運(yùn)行故障率比較低；在運(yùn)行后期（25年后），電纜本體絕緣樹枝狀老化、電—熱老化和附件材料老化加劇，電力電纜的運(yùn)行故障率大幅上升。通過分析筆者所在公司的兩起中壓電纜事故，明確了交聯(lián)聚乙烯電纜端部屏蔽處絕緣擊穿問題和施工安裝環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)。

2 案例分析

2.1 10 kV915韓聯(lián)線電纜絕緣擊穿事故

10 kV915韓聯(lián)線于2004-06投運(yùn)，線路全長(zhǎng)7.3 km。其中，電纜段3.2 km，架空段4.1 km，為混合線路。線路前段采用變電站電纜送出后上桿架空供電，后段采用電纜線路供電。線路高峰負(fù)荷為3 100 kW。干線電纜均采用YJLV22-3×300型，由榆纜集團(tuán)生產(chǎn)。

事故經(jīng)過：2015-03-27T09：13，110 kV城中站10 kVⅠ母C相瞬間接地，同時(shí)，有群眾通知韓聯(lián)線1號(hào)電桿著火。經(jīng)巡視人員現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)，10 kV韓聯(lián)線1號(hào)桿C相電纜終端雨裙處明顯被燒傷，呈灰白色，如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)通過紅外測(cè)溫，該處溫度為9.7 ℃，電纜本體運(yùn)行溫度為7.7 ℃，相差2 ℃，如圖2所示。根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》可知，這屬于嚴(yán)重缺陷，初步判定絕緣受損?？紤]到是在陰雨天氣發(fā)生的故障，所以，要與調(diào)度聯(lián)系、溝通后作緊急停運(yùn)處理。14：42，10 kV韓聯(lián)線、電機(jī)線緊急停運(yùn)后（10 kV韓聯(lián)線1～15號(hào)桿與10 kV電機(jī)線同桿架設(shè)）重新制作連接故障電纜終端，將原終端頭（型號(hào)無法確認(rèn)）更換為3M公司生產(chǎn)的15 kV5602PST-G2型。17：56恢復(fù)韓聯(lián)線、電機(jī)線送電。處理后的情況如圖3、圖4所示。

事故分析：通過對(duì)故障電纜終端頭的解剖檢查發(fā)現(xiàn)，主絕緣已被擊穿，電纜線芯外露，如圖5所示。經(jīng)過分析可知，這是典型的電纜終端絕緣屏蔽斷口電場(chǎng)分布不均勻的情況，導(dǎo)致絕緣逐漸劣化，使其被擊穿。引發(fā)此次故障的直接原因是在制作電纜終端的過程中，剝除了絕緣屏蔽后，產(chǎn)生了對(duì)絕緣極為不利的切向電場(chǎng)，屏蔽層斷口處也成為了電纜最容易被擊穿的部位。受施工工藝的影響，屏蔽處刀傷、切口不平整；再加上電纜運(yùn)行年久，絕緣屏蔽與主絕緣結(jié)合處包裹的半導(dǎo)帶分散電場(chǎng)應(yīng)力的作用減弱，導(dǎo)致該處電場(chǎng)分布不均勻，電場(chǎng)應(yīng)力增大，主絕緣薄弱處被擊穿，將電纜主絕緣外側(cè)包裹的接地銅屏蔽熔化，引起瞬間接地、電纜頭燒傷。

2.2 綿山220 kV變電站35 kVⅠ段電纜事故

故障前運(yùn)行方式：綿山站35 kV為單母分段接線方式，分段360斷路器在熱備狀態(tài)，1號(hào)主變帶35 kVⅠ段母線和出線負(fù)荷；2號(hào)主變帶35 kVⅡ段母線和出線負(fù)荷。35 kV出線電纜均為單芯電纜，型號(hào)為YJY-26/35 1×300.

故障過程：2014-07-06T08：54，綿山站35 kVⅠ段母線C相接地，A相為36.9 kV，B相為34.3 kV，C相為2.8 kV。在拉路過程中（35 kV義安線367開關(guān)曾拉路），09：59，1號(hào)主變RCS-978E低后備保護(hù)動(dòng)作301開關(guān)掉閘，35 kVⅠ段母線失電（380金昌線、368城東I線、366三盛I線）。與此同時(shí)，35 kV義安線367開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作掉閘，1號(hào)消弧線圈381開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作掉閘。

故障處理：2014-07-06，檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)35 kV義安線367室外出線0號(hào)桿B相電纜頭炸裂，35 kV1號(hào)消弧線圈381開關(guān)柜母線側(cè)C相CT炸裂，381開關(guān)柜內(nèi)C相電纜被燒毀。17：46，拆除1號(hào)消弧線圈381開關(guān)柜母線側(cè)C相CT。將其更換為絕緣支柱后，35 kVⅠ段母線恢復(fù)送電。2014-07-07，重新制作1號(hào)消弧線圈381開關(guān)柜母線側(cè)C相電纜頭，試驗(yàn)合格，1號(hào)消弧線圈381恢復(fù)運(yùn)行；2014-07-08，重新制作義安線367室外出線B相電纜頭，恢復(fù)義安線供電。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查，綜合保護(hù)信息后判斷故障原因?yàn)椋?5 kV1號(hào)消弧線圈381開關(guān)柜內(nèi)C相電纜頭絕緣被擊穿、燒毀，如圖6所示，對(duì)屏蔽線放電，造成35 kVⅠ段母線接地故障；1號(hào)消弧線圈381開關(guān)柜母線側(cè)CT參數(shù)不當(dāng)，為20/5，當(dāng)C相接地過流時(shí)，CT迅速飽和過熱，絕緣降低，最終爆炸，A相、B相線電壓升高（21 kV升高至36 kV）。義安線367室外B相電纜頭長(zhǎng)時(shí)間（1 h 5 min）在過電壓下運(yùn)行，導(dǎo)致絕緣被擊穿、接地，如圖7所示。2條電纜絕緣擊穿處均為電纜終端金屬護(hù)套和屏蔽斷開處，導(dǎo)致35 kV義安線367、1號(hào)消弧線圈381開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作掉閘和1號(hào)主變RCS-978E低后備保護(hù)動(dòng)作301開關(guān)掉閘。

3 電纜終端和接頭的絕緣性能

由文中所述的兩起事故可知，在制作電力電纜的終端或接頭時(shí)，屏蔽層斷口處是電纜最容易被擊穿的部位，所以，在安裝電纜終端和接頭的過程中，必須要重視這個(gè)問題。

3.1 電纜端部的電場(chǎng)分布

在制作電纜終端和接頭時(shí)，由于電纜端部金屬護(hù)套和屏蔽層斷開，其電場(chǎng)分布情況比電纜絕緣層內(nèi)的分布更加復(fù)雜。突出表現(xiàn)為靠近金屬護(hù)套邊緣處的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，具有較大的軸向應(yīng)力，即電場(chǎng)有沿著電纜長(zhǎng)度方向分布的不均勻分量。電纜絕緣沿表面的擊穿強(qiáng)度比垂直于表面的擊穿強(qiáng)度低得多，因此，必須高度重視軸向分量的存在。最大電場(chǎng)強(qiáng)度可用公式表示，即：

3.2 改善金屬護(hù)套邊緣處電場(chǎng)分布

由式（1）可知，要想保證電纜的可靠運(yùn)行，就要削弱該處的電場(chǎng)強(qiáng)度。在制作電纜終端和接頭的過程中，一般采用安裝應(yīng)力錐來增大等效半徑Re，增大周圍媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εm。

10～35 kV交聯(lián)聚乙烯電纜附件一般采用高介電常數(shù)材料（介電常數(shù)為25～30）制成的應(yīng)力控制管來替代應(yīng)力錐，也可將用非線性電阻材料制成較短的應(yīng)力控制管（或應(yīng)力控制片、應(yīng)力控制帶等）直接安裝在電纜絕緣屏蔽層切斷處，以降低電場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到分散電應(yīng)力的效果，從而保證電纜的可靠運(yùn)行。

4 電纜絕緣屏蔽處的施工事項(xiàng)

電纜終端和接頭屏蔽層斷口處的絕緣被擊穿，主要取決于施工環(huán)境和施工工藝。總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)后，可以有效降低電纜屏蔽層斷口處的電場(chǎng)強(qiáng)度。在具體工作中要注意以下幾點(diǎn)：①施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度應(yīng)高于0 ℃，濕度要低于70%.在灰塵比較大和有污穢的地區(qū)，應(yīng)搭設(shè)作業(yè)棚。準(zhǔn)備施工的電纜試驗(yàn)要合格，保證端頭絕緣沒有受損；安裝附件為正規(guī)廠家生產(chǎn)的，并且其質(zhì)量合格，要在保質(zhì)期內(nèi)。②剝除金屬屏蔽層時(shí)，先用銅絲將金屬屏蔽層扎兩道，如果是銅帶，用刀在銅帶上劃一道痕跡，但用力要適度，不可劃穿，之后再剝除銅帶。銅絲屏蔽可將銅絲沿電纜圓周拆下，并用銅絲扎緊。③剝切半導(dǎo)電層時(shí)，35 kV以下電纜半導(dǎo)電屏蔽為可剝離半導(dǎo)電層。剝切時(shí)，應(yīng)用小圓銼沿線芯圓周銼一槽，再用小刀沿軸向劃幾道痕，銼槽和劃痕不可傷及絕緣層。電纜半導(dǎo)電層末端必須與應(yīng)力錐管半導(dǎo)電層連接，或者與應(yīng)力控制管、應(yīng)力控制帶連接，以形成均勻、平滑的過渡。半導(dǎo)電屏蔽層末端可采用砂磨坡度，用240號(hào)砂紙將末端半導(dǎo)電層均勻打磨成圓錐型坡度。在操作過程中要特別小心，不能將電纜絕緣砂磨出凹槽。另外，可以在半導(dǎo)電層末端15～20 mm的絕緣表面涂刷1層半導(dǎo)電漆，半導(dǎo)電漆的電阻率應(yīng)小于104 Ω·cm。在繞包半導(dǎo)電自黏帶時(shí)，其要緊貼半導(dǎo)電層末端，電纜末端一段絕緣表面用半導(dǎo)電自黏帶緊拉伸繞包2層。④清潔電纜表面時(shí)必須注意，清潔紙應(yīng)從絕緣端向半導(dǎo)電方向擦拭，不能反復(fù)擦，嚴(yán)禁用帶有炭痕的紙擦拭。擦凈后，要用清潔紙?jiān)俅尾聊ń^緣表面，檢查紙上無炭痕后方可繼續(xù)下一步操作。

5 結(jié)束語

隨著電力、能源行業(yè)的發(fā)展，種類越來越多的電纜被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。如何保證電纜的安全運(yùn)行、可靠供電，是電力從業(yè)者急需解決的問題。鑒于此，在日常工作中，應(yīng)嚴(yán)格遵循工藝標(biāo)準(zhǔn)、多積累工作經(jīng)驗(yàn)，切實(shí)提高實(shí)際工作效果。同時(shí)，工作人員要不斷創(chuàng)新，將基于預(yù)防性測(cè)試的計(jì)劃性檢修策略上升為基于設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的狀態(tài)檢修策略，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行溫度、絕緣內(nèi)部雜質(zhì)變化與水樹枝發(fā)展過程、絕緣內(nèi)部電樹枝發(fā)展等多方面信息，使運(yùn)維工作精益化，從而創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：史承杰（1979—），男，大專，工程師，主要從事電力電纜運(yùn)檢工作。

〔編輯：白潔〕

Abstract： With the increasing size of the network， the cable length of urban distribution network has been gradually over the length of the overhead lines， which puts forward higher requirements on the safety and reliability of the cable line. In the course of the operation of the cable line， it is found that the insulation of the metal sheath and the shielding layer of the cable end are often caused by the breakdown of the insulation. This paper briefly describes the occurrence of two cases of medium voltage cable accident in State Grid Jinzhong Power Supply Company， and analyzes the electric field distribution at the end of the cable， relevant suggestions on how to improve the electric field distribution， reduce the electric field strength of the cable end metallic sheath and shield off the electric field strength are put forward， in order to continuously improve the quality of inspection.

Key words： case analysis； power cable； insulation performance； electric field distribution