35 kV電纜中間頭局部放電引起接地故障的分析與處理

劉立燦

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司能源中心，河北邯鄲 056015）

1 故障經(jīng)過(guò)

邯鄲鋼鐵集團(tuán)某220 kV變電站有三段35 kV母線，主供一個(gè)軋鋼廠、三個(gè)煉鋼廠以及一座35 kV變電站。35 kV三段母線經(jīng)主變35 kV側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，屬于小電流接地系統(tǒng)，系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 220 kV變電站35 kV系統(tǒng)接線圖

某天變電站中央信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出35 kV I段母線系統(tǒng)單相接地預(yù)告信號(hào)，然后自行解除，屬于瞬時(shí)接地，組織運(yùn)維人員排查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯接地點(diǎn)。兩天后35 kV I母線又發(fā)瞬時(shí)接地信號(hào)，同樣沒(méi)有查到明顯故障點(diǎn)。隨著時(shí)間的推移，35 kV I段母線發(fā)出瞬時(shí)單相接地信號(hào)的間隔越來(lái)越短，幾天后發(fā)展成每天發(fā)1～2次瞬時(shí)單相接地信號(hào)，說(shuō)明系統(tǒng)存在可恢復(fù)的單相絕緣擊穿故障，這種瞬時(shí)接地故障能引起非接地相電壓升高，甚至引起內(nèi)部過(guò)電壓，可能會(huì)造成非故障相絕緣薄弱處擊穿，繼而引發(fā)相間短路故障，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

由于35 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，因此接地電容電流經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后很小，根據(jù)以往接地選線裝置選線結(jié)果，一般不能準(zhǔn)確選出接地回路。

為盡快查出故障點(diǎn)，一方面安排電纜運(yùn)維人員對(duì)配出電纜進(jìn)行全面檢查，檢查電纜有沒(méi)有挖掘砸傷破壞、有沒(méi)有明顯的接地打火冒煙現(xiàn)象，經(jīng)細(xì)致排查，仍然沒(méi)有查出明顯的故障點(diǎn)。另一方面，制定了將35 kV I段母線配出的5路電纜分別轉(zhuǎn)移負(fù)荷拉路停電判斷的方案，即將35 kV I段某一路35 kV電纜負(fù)荷轉(zhuǎn)移后將該路電纜停電，觀察35 kV I段母線是否發(fā)瞬時(shí)接地信號(hào)；當(dāng)將送35 kV變電站一路的電纜轉(zhuǎn)移負(fù)荷停電后，35 kV I段母線不再發(fā)瞬時(shí)接地信號(hào)，確定該路電纜存在較大的故障嫌疑。

2 故障的判斷與處理

送35 kV變電站一路的電纜由3根單芯交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜組成，單線長(zhǎng)度為3 km，每相電纜有5個(gè)中間接頭，除中間接頭處，其余均使用電纜卡具將三相電纜固定為品字形，全線敷設(shè)在地下電纜隧道內(nèi)。將該路電纜轉(zhuǎn)檢修后，按照如下步驟進(jìn)行判斷。

2.1 外觀檢查

對(duì)送35 kV變電站一路電纜進(jìn)行全面仔細(xì)檢查，重點(diǎn)檢查電纜、電纜接頭、避雷器、接地線外觀有無(wú)破損、有無(wú)放電燒蝕痕跡等，除發(fā)現(xiàn)電纜隧道內(nèi)局部積水外，均未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 避雷器試驗(yàn)

35 kV線路避雷器為氧化鋅避雷器，對(duì)避雷器進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 線路避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)可以看出，三相避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為合格，可以排除避雷器發(fā)生故障的嫌疑。

2.3 電纜試驗(yàn)

先分別測(cè)量三相電纜的主絕緣電阻，測(cè)量結(jié)果如表2。

表2 電纜三相主絕緣電阻

從表2可以看出，A相電纜的絕緣電阻明顯低于B、C兩相電纜的絕緣電阻，A相電纜絕緣應(yīng)該存在絕緣缺陷。

為進(jìn)一步判斷其絕緣狀況，對(duì)三相電纜分別進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，依據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T596-2005）11.3.1條的規(guī)定，試驗(yàn)電壓為78 kV，耐壓時(shí)間為5 min。在對(duì)A相電纜直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)電壓升至60 kV時(shí)，主絕緣擊穿，試驗(yàn)設(shè)備跳閘。對(duì)B、C兩相電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，順利通過(guò)78 kV、5 min耐壓。從直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果可以得出A相主絕緣不合格，變電站35 kV I段瞬時(shí)單相接地是由于送35 kV變電站一路電纜A相主絕緣擊穿引起。

2.4 故障點(diǎn)的查找與處理

通過(guò)對(duì)35 kV變電站一路電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，可以判斷出A相電纜主絕緣存在故障。繼續(xù)安排運(yùn)維人員對(duì)A相電纜外觀進(jìn)行仔細(xì)查找判斷，仍然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)，不能確定故障點(diǎn)的具體位置。

為此，采用球隙放電的方法對(duì)A相電纜進(jìn)行脈沖放電，根據(jù)絕緣擊穿點(diǎn)會(huì)發(fā)出“啪、啪”的放電聲音來(lái)確定故障點(diǎn)。球隙放電接線如圖2所示。

圖2 35 kV電纜球隙脈沖放電接線圖

由于直流耐壓試驗(yàn)時(shí)電纜的擊穿電壓為60 kV，因此通過(guò)調(diào)整球隙距離，將放電電壓調(diào)整為60 kV，這樣確保電纜絕緣擊穿點(diǎn)能夠產(chǎn)生脈沖放電，發(fā)出“啪、啪”的放電聲音。同時(shí)，安排運(yùn)維人員沿35 kV變電站一路電纜敷設(shè)路徑對(duì)電纜進(jìn)行檢查，當(dāng)檢查到A相電纜線路1.5 km處第3個(gè)中間接頭處，該電纜頭發(fā)出“啪、啪”的放電聲音，確定故障點(diǎn)就在該電纜頭處。

停止對(duì)A相電纜的球隙脈沖放電，對(duì)該電纜充分放電并可靠接地，打開故障電纜頭，發(fā)現(xiàn)自芯線壓接管處沿主絕緣外表面有明顯的樹枝放電痕跡，如圖3所示。

確定該電纜接頭絕緣擊穿是自壓接管沿主絕緣表面發(fā)生樹枝化局部放電發(fā)展成為貫穿放電通道。由于沿電纜主絕緣表面樹枝化放電通道較長(zhǎng)，再者系統(tǒng)電容電流經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后變得很小，不能形成持續(xù)的弧光放電，擊穿放電對(duì)主絕緣的損傷較小，因此只形成頻繁的瞬時(shí)擊穿接地。

圖3 35 kV電纜中間接頭樹枝化放電

將A相存在放電故障的電纜頭鋸掉，重新制作新的電纜接頭，對(duì)A相電纜重新進(jìn)行電氣試驗(yàn)，測(cè)量絕緣電阻值為1800 MΩ，直流耐壓78 kV、5 min，試驗(yàn)合格。送電運(yùn)行后一切正常，沒(méi)有再發(fā)系統(tǒng)瞬時(shí)接地故障信號(hào)。

3 故障分析及防范措施

通過(guò)故障的查找和判斷，變電站頻發(fā)35 kV系統(tǒng)瞬時(shí)接地預(yù)告信號(hào)的原因是由于送35 kV變電站一路A相電纜中間接頭的樹枝化局部放電發(fā)展成貫穿的放電通道擊穿放電引起，為此，制定如下有針對(duì)性的防范措施。

3.1 提高電纜頭制作質(zhì)量

由經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的電纜頭制作人員嚴(yán)格按照電纜頭制作流程制作電纜頭。電纜頭制作環(huán)境要求空氣干燥、無(wú)塵，必要時(shí)需搭建臨時(shí)帳篷，與外界環(huán)境隔離；做頭人員需戴專用口罩、手套，防止口鼻呼出的水蒸氣、手上汗液粘附到電纜絕緣體表面；壓接管、導(dǎo)體上的突起、毛刺要挫平；絕緣體表面要打磨平滑，細(xì)小顆粒要清理干凈。通過(guò)以上措施，可以有效防止局部電場(chǎng)集中對(duì)絕緣的破壞，防止電纜頭局部放電的發(fā)生。

3.2 改善電纜頭運(yùn)行環(huán)境

對(duì)電纜隧道加強(qiáng)維護(hù)，防止電纜隧道滲漏水積水，嚴(yán)禁積水浸泡電纜頭。加強(qiáng)隧道通風(fēng)，降低隧道內(nèi)濕度。

3.3 定期進(jìn)行電纜電氣試驗(yàn)

根據(jù)電纜負(fù)荷大小、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行年限，及時(shí)安排電纜預(yù)防性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電纜潛在缺陷。對(duì)于負(fù)荷較大、運(yùn)行年限較長(zhǎng)的電纜線路，一般試驗(yàn)周期為1年左右；負(fù)載較輕、運(yùn)行環(huán)境良好的電纜可延長(zhǎng)電氣試驗(yàn)周期，但一般不超過(guò)3年為宜。直流耐壓、泄漏試驗(yàn)可以有效地發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣缺陷，是檢測(cè)絕緣缺陷最為有效的手段。

3.4 對(duì)運(yùn)行中的電纜進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)

在電纜接地線上安裝超高頻電流互感器，使用局部放電監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)超高頻互感器二次信號(hào)，可以檢測(cè)整條電纜的局部放電量、放電脈沖的大小；使用局部放電在線監(jiān)測(cè)儀對(duì)電纜頭進(jìn)行超聲波局部放電檢測(cè)，可以檢測(cè)電纜頭的放電位置；與耐壓試驗(yàn)配合，可以有效發(fā)現(xiàn)電纜頭的集中缺陷，預(yù)防突發(fā)事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

電纜線路是電力系統(tǒng)重要的組成部分，在安裝、施工、維護(hù)、檢修試驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)均需嚴(yán)格遵守規(guī)范、規(guī)程，才能避免故障的發(fā)生，進(jìn)而確保整個(gè)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。