電氣設備二次電纜絕緣受潮故障分析

王巖

摘要：戶外端子箱電纜入口處封閉不嚴或端子箱通風不良、無通氣孔等原因而造成端子箱內(nèi)部受潮甚至凝露、端子排銹蝕、電纜絕緣破壞，造成開關(guān)誤動、拒動、保護異常的事故時有發(fā)生，從而引起電氣設備故障并且擴大事故范圍。本文從本單位220kV變電站的幾起電氣設備二次電纜絕緣受潮引起故障的案例，分析電氣設備二次絕緣受潮原因及如何防止二次電纜絕緣故障，從而提高變電站供電可靠性。

Abstract： Because the outdoor terminal box cable entrance is not tightly sealed or the terminal box is poorly ventilated， no vent hole， etc.， the inside of the terminal box is affected by damp and even condensation，terminal block rust and cable insulation damage， resulting in abnormal switch， refusal and protection exception， so that causing electrical equipment failure and expanding the scope of the accident. This paper analyzes the causes of the secondary insulation of the electrical equipment caused by the damp in the 220kV substation of the unit， and analyzes the causes and how to prevent the secondary cable insulation fault， thus improving the reliability of the substation power supply.

關(guān)鍵詞：端子箱通風不良;受潮;電纜絕緣破壞;開關(guān)誤動、拒動

Key words： bad ventilation of terminal box;damp;cable insulation damage;malfunction and refusal of switch

中圖分類號：TM246 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0199-03

0 ?引言

國家能源局在2014年4月15日發(fā)布并實施的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求及編制釋義》中第13.3.5條中明確規(guī)定“應在開關(guān)柜配電室配置通風、除濕防潮設備，防止凝露導致絕緣事故”。我廠220kV變電站因端子箱運行環(huán)境不良而導致的電纜絕緣故障連續(xù)發(fā)生多起，大大降低了供電可靠性。因此防止戶外端子箱、機構(gòu)箱等設備受潮引起交直流絕緣下降而導致的設備誤動和拒動，提高設備安全穩(wěn)定運行，顯得極為重要和緊迫。

1 ?電氣設備二次電纜絕緣故障案例

1.1 母差保護二次回路異常

案例一：

2017年6月10日02：22，220kV變電站220kV母聯(lián)212開關(guān)跳閘，母差保護B柜“開入異?！眻缶b置顯示“刀閘位置變化、失靈接點變位”。原因：220kV母聯(lián)212開關(guān)跳閘線圈II控制回路到開關(guān)本體處電纜絕緣下降導致接地。

案例二：

2017年7月15日18：00，220kV母差保護B柜“開入異?！备婢?。原因：220kV母聯(lián)212開關(guān)本體端子箱到就地端子箱信號電纜絕緣受損。

1.2 直流系統(tǒng)回路異常、接地

案例一：

2017年7月23日0：03，“保護室I、II段直流饋線柜接地及總報警;“#1、2直流屏直流絕緣告警”。就地檢查直流I、II段母線正極接地。原因：220kV母聯(lián)212開關(guān)端子箱到2121刀閘控制箱電纜芯接地。

案例二：

2017年12月27日，#4機直流屏20#支路接地報警，檢查為#3發(fā)變組保護C柜電源接地故障。原因：220kV變電站2031、2032刀閘至#3機發(fā)變組保護C柜電纜接地。

1.3 母差保護直流電源開關(guān)跳閘

案例：

2018年6月24日23：40分 220kV #1繼保室直流系統(tǒng)瞬間接地，“母聯(lián)212控制回路II斷線”“母聯(lián)212網(wǎng)絡狀態(tài)消失”等告警。就地#1繼保室檢查發(fā)現(xiàn)母聯(lián)212保護柜“控制電源II”空開跳閘、“測控電源”空開跳閘。6月25日01：58分220kV #1繼保室母差保護A柜“保護電源”空開跳閘、母聯(lián)212保護柜“控制電源II”空開跳閘。6月25日05：00分220kV母差保護A母聯(lián)1TWJ開入投入、退出告警。原因：220kV母聯(lián)212開關(guān)端子箱到母聯(lián)212保護測控柜電纜絕緣受損，長期運行造成絕緣擊穿引起電纜短路使母聯(lián)212保護測控柜“控制電源II”及母差保護A柜“保護電源”跳閘。

2 ?電氣設備二次電纜絕緣故障原因分析

2.1 二次電纜絕緣故障發(fā)生的共同點

①因電纜接地引起異常告警或跳閘的設備四次均為母聯(lián)212開關(guān)間隔。

②四個案例事件發(fā)生時間緊密，均為雨季。

2.2 產(chǎn)生端子箱凝露原因的查找過程

①為徹底查找電氣設備頻繁出現(xiàn)電纜接地故障的原因，對220kV變電站控制電纜溝進行了開蓋檢查發(fā)現(xiàn)電纜溝內(nèi)有潮氣，電纜溝內(nèi)靠近母聯(lián)212間隔側(cè)有積水，且由于本站先期一期工程所建電纜溝架容量不足，致使1、2、3、4號機及1、2啟備變等二期工程的二次電纜直接放置地面，甚至置于積水中。另外，靠近母聯(lián)212及4號主變電纜溝側(cè)為進線電纜溝，地勢偏低，積水多，這也是母聯(lián)212及4號主變開關(guān)端子箱凝露重于其他設備的原因之一。

②雨季，對220kV/110kV各戶外端子箱進行專項檢查，發(fā)現(xiàn)220kV變電站二期工程所建各開關(guān)端子箱內(nèi)凝露嚴重，均有大量水珠，經(jīng)手拭控制電纜表面潮濕（包括母聯(lián)212開關(guān)端子箱）。

③我們發(fā)現(xiàn)有凝露現(xiàn)象的端子箱均為二期擴建設備，而同等運行環(huán)境和條件下，一期所建電氣設備端子箱無一有凝露現(xiàn)象。經(jīng)檢查判斷，二期建設電氣設備端子箱設計不合理。一期各端子箱為不銹鋼材質(zhì)，體積大，并且箱體上方有斜坡，內(nèi)部有通風孔，散熱及驅(qū)潮效果非常好。但本站二期設備所有端子箱材質(zhì)為鐵質(zhì)，體積小，并且無通風孔，箱體上方為平頂，散熱效果不好。檢修人員曾改造二期所建各端子箱并開設通風孔，但作用微乎其微，潮氣仍然無法排除。雷雨季節(jié)，加上內(nèi)蒙古西部氣候晝夜溫差大，站內(nèi)地面沒有硬化，草多濕氣大，造成各戶外端子箱內(nèi)積結(jié)大量水氣、水珠無法散發(fā)出去。

④各戶外開關(guān)端子箱內(nèi)防火封堵也不嚴密，電纜溝內(nèi)潮氣上返也是引起端子箱凝露原因之一。

⑤雨水經(jīng)由端子箱基座縫隙向電纜溝滲水，造成220kV室外電纜溝內(nèi)潮濕，甚至有少量積水。

⑥雨水經(jīng)由電纜溝蓋通風孔及地磚縫隙向電纜溝滲水，造成220kV室外電纜溝內(nèi)有少量積水，電纜溝潮濕。

⑦由于室外電纜溝均為厚重的水泥蓋板，需用專用工具開啟。沒有新敷設電纜等工作，幾乎無人開啟，造成溝內(nèi)潮氣長期散發(fā)不出去，溝內(nèi)的積水長期積累使各保護、信號、控制等電纜絕緣降低。

⑧開關(guān)機構(gòu)箱（經(jīng)檢查也是二期工程設備存在此類問題）下方控制電纜進入電纜溝穿線封口處密封不嚴或有孔洞，雨水可通過控制電纜穿線孔進入電纜溝內(nèi)。

3 ?戶外開關(guān)端子箱電纜絕緣故障原因分析

3.1 外部運行環(huán)境不良

①電纜溝內(nèi)潮濕，個別處有積水。

②端子箱基座與電纜溝封堵不嚴。

③電纜進口處有孔洞等管理漏洞。

④電纜溝沒有定期檢查通風晾曬。

⑤電纜直接接觸潮濕地面等原因造成電纜絕緣下降。

⑥電纜溝封堵不嚴。

⑦氣候及環(huán)境原因：每年6-10月份，內(nèi)蒙地區(qū)溫差大，若遇上雨霧濕度大天氣，極易引起端子箱內(nèi)返潮。變電站220kV開關(guān)站地面沒有硬化，雜草多，到雨水充沛時，草地更加潮濕，令端子箱受潮。

3.2 內(nèi)部運行環(huán)境不良

①端子箱內(nèi)凝露嚴重。

②端子箱防火層封堵不嚴密。

③端子箱選型及設計不合理。

④密封不良。

⑤沒有除濕通風設備等原因，端子箱內(nèi)凝露不易排出，造成電纜受潮。

⑥管理缺陷。

4 ?治理方案

由于潮濕是戶外端子箱凝露的主要原因，保證端子箱內(nèi)干燥是治理的主要方案。為有效的防止箱內(nèi)設備老化、絕緣強度降低、二次端子擊穿、材料霉變等安全隱患，保證電氣設備安全運行，必須對端子箱內(nèi)部環(huán)境進行重新整治，從而達到根除變電站端子箱凝露的目的。

4.1 治理端子箱凝露措施

4.1.1 措施一：裝設除濕器

端子箱內(nèi)分別選用SEPRI-CS-NL防凝露裝置、JYL-CS-III型電柜專用除濕器。它們均有可實時檢測柜內(nèi)溫濕度，并按照溫濕度控制條件進行自動或停止除濕功能。（如圖2）

4.1.2 措施二：防火泥封堵

選擇防潮性能好的封堵材料，將端子箱內(nèi)與電纜溝進線口處封堵嚴密。（如圖3）

4.1.3 措施三：對端子箱基座進行重新封堵

電纜溝蓋及可能進水的部位，全部填埋。對各端子箱基座重新做封堵與防水。（如圖4）

4.1.4 措施四：加強運行管理

1）每天對端子箱進行檢查。

2）發(fā)現(xiàn)凝露提出整改建議。

4.1.5 措施五：端子箱密封

1）端子箱基座延伸到電纜溝蓋上方。

2）端子箱周圍地面重新硬化。（如圖5）

4.1.6 措施六：對端子箱設計缺陷的彌補

①端子箱增加通風孔。

②端子箱加強密封及保溫。（如圖6）

4.2 治理電纜溝潮濕對策實施

4.2.1 措施一：加強管理

①對電纜溝至少每年兩次通風晾曬。

②雨后晴朗天氣檢查電纜溝，有積水及時清除。

③雨后運行人員檢查電纜溝是否塌陷，有塌陷及時填補。

4.2.2 措施二：對電纜溝可能進水處進行重新封堵

①電纜溝蓋及可能進水的部位，全部重新封堵。

②對設備二次電纜進線口封堵。（如圖7）

4.2.3 措施三：電纜與地面隔離

將220kV電纜溝內(nèi)電纜用磚頭墊起離開潮濕地面，將電纜與潮濕的地面隔離。（如圖8）

初期治理的雨后，檢查戶外端子箱凝露情況，發(fā)現(xiàn)母聯(lián)212開關(guān)端子箱凝露現(xiàn)象雖較治理前改善些許，但仍然嚴重。經(jīng)仔細研究，除濕器除濕空間說明書規(guī)范為1～2m3，端子箱實際空間為1m3左右，經(jīng)判斷除濕器除濕效果不及規(guī)范所致。檢修人員對母聯(lián)212開關(guān)端子箱加裝一臺除濕器增加除濕效果。

對母聯(lián)212開關(guān)端子箱加裝一臺除濕器實施完畢的雨后，檢查母聯(lián)212開關(guān)端子箱凝露情況大幅改善，經(jīng)連續(xù)觀察整個雨季，母聯(lián)212開關(guān)端子箱內(nèi)部運行環(huán)境大為改善，母聯(lián)212開關(guān)端子箱凝露現(xiàn)象已經(jīng)解決。

5 ?總結(jié)

我廠220kV變電站經(jīng)過對戶外端子箱的內(nèi)外運行環(huán)境的治理后，電氣設備二次電纜絕緣故障率大大降低。對戶外端子箱治理后的運行情況跟蹤近一年的時間，發(fā)現(xiàn)治理凝露效果良好，雖經(jīng)歷雨季，戶外端子箱也絲毫沒有凝露現(xiàn)象發(fā)生。但在冬季時，驅(qū)潮器周圍干燥，端子箱內(nèi)部仍有死角部分有極少量凝霜現(xiàn)象。針對這個問題，采取兩個方法著手解決：一是根據(jù)環(huán)境溫度及條件，不斷調(diào)整最佳除濕溫度及濕度起動點。如冬季時，除濕器自動啟動溫度向下調(diào)整;雨季時，除濕器自動啟動溫度向上調(diào)整。二是在戶外開關(guān)端子箱內(nèi)加裝保溫紙。另外可考慮根據(jù)除濕器有可擴展加熱裝置的功能，選用帶溫控器的加熱板加裝到戶外端子箱內(nèi)改善戶外端子箱冬季運行環(huán)境。

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