10 kV電纜頭絕緣擊穿事故原因及防范措施

寇云，馮樂

(陜西陜煤榆北煤業(yè)有限公司榆林信息化運維分公司，陜西 榆林 719319)

氯堿企業(yè)的用電負荷主要集中在10 kV系統(tǒng)，而在10 kV電力系統(tǒng)中電纜頭則是運行過程中較為薄弱的環(huán)節(jié)，某氯堿企業(yè)僅在兩個月內(nèi)便連續(xù)發(fā)生了3起10 kV電纜頭絕緣擊穿事故。

1 3起10 kV電纜頭絕緣擊穿事故經(jīng)過

3起10 kV電纜頭絕緣擊穿事故均發(fā)生在同一氯堿企業(yè)，事故經(jīng)過如下述。

1.1 “3·17” 10 kV電纜頭絕緣擊穿事故

2019年3月17日，305變電站1#干式變壓器(變壓器容量為1 600 kV·A，額定電壓10/0.4 kV)本體10 kV電纜頭C相擊穿，與B相接線柱發(fā)生相間弧光短路故障，造成本站1#主變壓器高、低側(cè)開關(guān)及熱電分廠35 kV電源開關(guān)電流速斷保護同時動作跳閘，導致305變電站10 kVⅠ段母線失電，引起該企業(yè)B線整流、蒸發(fā)一、二期全部停車以及大部分區(qū)域停電事故。

1.2 “3·20”10 kV電纜頭絕緣擊穿事故

2019年3月20日，307變電站5#動力變本體10 kV A、C相電纜頭絕緣擊穿短路，5#動力變10 kV斷路器電流速斷保護動作跳閘，同時引起本站3#主變比率差動保護誤動作跳閘，造成3#主變所帶10 kVⅠ段母線失電，導致系統(tǒng)局部停車。

1.3 “4·3”10 kV電纜頭絕緣擊穿事故

2019年4月3日，307變電站12#空壓機電動機本體高壓電纜頭絕緣擊穿，造成A、C相短路引起12#空壓機電流速斷保護動作跳閘，10 kVⅡ段母線電壓暫降，同時導致10 kVⅡ段所帶的6臺動力變壓器0.4 kV母線因進線開關(guān)欠壓保護動作跳閘而失壓，造成6段低壓母線所帶設(shè)備全部失電跳閘，引發(fā)大面積停電事故。

2 3起事故暴露出的共同問題及整治措施

2.1 10 kV不接地系統(tǒng)繼電保護裝置靈敏性較差[1]

以上3起事故，都屬于不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后導致的相間弧光短路擴大事故。雖然各變電站10 kV系統(tǒng)都配置了相應(yīng)的小電流選線和消弧消諧裝置以及零序過電流保護，但是在事故發(fā)生后繼電保護裝置都未能準確可靠地動作或者報警，主要是因為10 kV不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，系統(tǒng)的接地電容電流較小，繼電保護裝置采集到的零序電流很難達到零序過電流保護的動作值；另外，系統(tǒng)配置的小電流選線裝置也不能夠準確選出故障線路，導致10 kV不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后的故障查找工作難度極大。如果發(fā)生電纜單相接地故障后不能夠及時切除故障點，很容易在電網(wǎng)薄弱點誘發(fā)另一點接地，進而形成相間短路故障，導致故障擴大。電纜的絕緣擊穿故障大部分是由單相接地故障引起的。在10 kV不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，雖然能不間斷供電,但也存在許多問題,特別是發(fā)生間歇性電弧接地時,接地相對地電壓可能升高到相電壓的2.5～3.5倍,極易引發(fā)電纜著火爆炸，進而導致發(fā)生短路故障[1]。鑒于10 kV電纜單相故障的頻繁發(fā)生容易引起大面積停電事故，氯堿企業(yè)應(yīng)高度重視電氣繼電保護裝置靈敏性提升工作。對于接地電容電流小于10 A的10 kV不接地系統(tǒng)，須對小電流選線及消弧、消諧裝置進行優(yōu)化改造，重新選擇使用選線準確率較高的產(chǎn)品。另外，對于接地電容電流大于10 A的10 kV不接地系統(tǒng)，建議將其改為經(jīng)非線性電阻接地系統(tǒng)，利用高靈敏度的零序保護及時動作切除故障線路，使系統(tǒng)恢復正常。

2.2 電纜制作工藝及質(zhì)量驗收缺少標準

導致電纜頭絕緣擊穿故障的關(guān)鍵因素是電纜頭的制作質(zhì)量，而電纜頭制作人員的技術(shù)水平和制作態(tài)度直接決定了電纜頭的制作質(zhì)量和使用壽命[2]。

雖然302變電站12#空壓機電動機本體高壓電纜頭是由電纜頭制造企業(yè)技術(shù)人員制作的，但是，僅使用1年就再次發(fā)生絕緣擊穿故障，同時也說明在驗貨時氯堿企業(yè)個別電氣人員未執(zhí)行質(zhì)量驗收標準，沒有控制施工質(zhì)量。因此，氯堿企業(yè)應(yīng)該培訓和提高企業(yè)內(nèi)部電氣專業(yè)人員的技術(shù)水平。只有氯堿企業(yè)的運行和維護人員的專業(yè)技術(shù)過硬，才能控制并不斷提升電纜頭的制作質(zhì)量，延長電纜頭的使用壽命。

2.3 電纜頭接線不規(guī)范

在電纜頭安裝過程中，接線人員往往會因為空間環(huán)境因素的影響而對電纜頭進行較大的彎曲和扭轉(zhuǎn)，從而造成電纜主絕緣機械性損傷。雖然耐壓試驗可以通過，卻大大縮短了電纜頭的使用壽命。因此，在電纜頭接線時，一方面要注意不能使其受力過大，另一方面也不能交叉接線或者使某相電纜與柜體外殼距離太近。

2.4 隱患風險的分析和整改

通過對307變電站連續(xù)發(fā)生的兩起電纜頭絕緣擊穿事故調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該氯堿企業(yè)存在對電氣隱患風險分析不到位、整改不及時和不徹底的問題。

2019年3月20日，307變電站5#動力變10 kV電纜頭絕緣擊穿事故之前，雖然電氣巡檢人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5#動力變本體10 kV電纜頭在運行過程中存在電暈及絕緣材料老化的現(xiàn)象，但因電氣人員對此隱患風險分析不到位，并沒有引起足夠的重視，未能及時消除隱患，最終引發(fā)大面積停電事故。

2019年4月3日，307變電站11#空壓機電動機本體10 kV高壓電纜頭絕緣擊穿短路，引起本段所帶的6臺動力變低壓開關(guān)欠壓保護動作的直接原因是低壓進線開關(guān)中的欠壓線圈未按照企業(yè)要求拆除，而拆除所有動力變低壓開關(guān)欠壓線圈的技術(shù)方案是在307變電站2018年發(fā)生同類事故時就已經(jīng)明確規(guī)定的，卻由于工作任務(wù)落實不到位，整改不徹底，導致同類事故的再次發(fā)生。

因此，電氣專業(yè)必須要受到企業(yè)的重視，并要加強隱患的整改力度，以免在電力系統(tǒng)運行過程中，由于隱患整改不及時而導致同類電氣事故的重復發(fā)生。

3 10 kV電纜頭附件和制作工藝[2]

3.1 電纜附件產(chǎn)品類型的選擇

目前使用較多的中低壓電纜附件產(chǎn)品種類主要有熱收縮附件、預制式附件和冷縮式附件。熱收縮附件的主要優(yōu)點是輕便、價格便宜，但是熱縮附件的零部件多，制作較麻煩，尤其加熱溫度、加熱均勻程度是制作成敗的關(guān)鍵，所以對制作人員的技術(shù)水平要求較高。熱收縮附件在制作和使用過程中，一定要保證應(yīng)力管的電性參數(shù)達到標準方能可靠工作。

預制式附件的主要優(yōu)點是材料性能優(yōu)良，安裝簡便快捷，無須加熱即可安裝，使得界面性能得到較大改善，且其零部件較熱縮型略少，制作工藝較熱縮型稍簡單，但是對電纜絕緣層外徑尺寸要求較高、過盈量過小的電纜附件將會出現(xiàn)故障；過盈量過大，電纜附件安裝非常困難。特別是在中間接頭上的問題較為突出，安裝既不方便，又常常成為故障點。

與預制式附件相比，冷縮式附件的安裝更方便，只須在正確位置上抽出電纜附件內(nèi)襯芯管即可安裝完工，對制作人員的技術(shù)水平要求不高，所使用的材料從機械強度上說比預制式附件更好，對電纜的絕緣層外徑尺寸要求也不是很高，只要電纜附件的內(nèi)徑小于電纜絕緣外徑2 mm就完全能夠滿足要求。因此，冷縮式附件已成為中低壓以及高壓電纜采用的主要形式，其使用壽命可達到30年之久。

3.2 電纜端部主絕緣層制作和處理方法的選擇

在制作電纜終端頭時，電纜端部主絕緣層可以不用削成鉛筆頭形狀。如果電纜絕緣端部需要與接線金具之間包繞密封帶，通常將絕緣端部削成錐體，以保證包繞的密封帶與絕緣部分很好地粘合。

在制作中間接頭時，如果所使用的接頭為冷縮接頭時，絕緣端部無須削成鉛筆頭形狀。因為在冷縮電纜接頭內(nèi)的中間部分都有一根屏蔽管，該屏蔽管只比連接管稍長，如果電纜絕緣削成錐體，錐體的根部將離開屏蔽管，連接管部分的空隙將不會被屏蔽，從而影響接頭的性能，造成接頭在中部擊穿。如果所使用的接頭為熱縮型，絕緣端部必須削成鉛筆頭形狀，即制成反應(yīng)力錐，同時必須將錐面用砂帶拋光。錐面的長度遠大于絕緣端部直角邊的長度，因此沿著錐面的切向場強遠小于絕緣直角邊的切向場強，所以沿錐面擊穿的可能性大大降低，由此提高接頭的安全運行性能。