10kV主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電纜故障分析

馮大志

(中石油大慶煉化分公司，黑龍江大慶 163411)

0 引言

2019年我公司2臺(tái)10kV主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電纜相繼發(fā)生單相接地故障隨后發(fā)展成相間短路，電纜崩燒，主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)速斷保護(hù)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)停機(jī)故障。本文針對(duì)此次故障進(jìn)行了認(rèn)真分析，找出了故障發(fā)生的原因：主要是電纜檢修、試驗(yàn)及日常維護(hù)存在的不足，從而引起故障的發(fā)生。據(jù)此，我們提出了解決措施，得到了良好效果，提高了電纜運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 主風(fēng)機(jī)組情況

我公司100萬(wàn)噸/年ARGG裝置以及裂解裝置主風(fēng)機(jī)為催化裝置的關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備，公司級(jí)特護(hù)機(jī)組。100萬(wàn)噸/年ARGG裝置主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YFKS1000-4，額定電壓10kV，額定功率11000kW，額定電流723.2A。裂解裝置主風(fēng)機(jī)組主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YFKS710-4W，額定功率5000kW、額定電壓10kV、額定電流342.8A。主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電纜數(shù)量、型號(hào)規(guī)格為3根YJV22-3×240mm2交聯(lián)電纜 。兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)煙機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定運(yùn)行工況下。

2 故障原因分析

2.1 原因分析

2.1.1 100萬(wàn)噸/年ARGG裝置主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電纜故障情況

100萬(wàn)噸/年ARGG裝置主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行工況下，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流320A，三相電流平衡，運(yùn)行時(shí)接線盒前端電纜接地短路、速斷保護(hù)動(dòng)作，電源開關(guān)跳閘停機(jī)，聯(lián)鎖啟動(dòng)導(dǎo)致裝置切進(jìn)料停工。

故障錄波中顯示，接地初始階段，反映接地故障的零序電壓在80伏至4伏左右反復(fù)波動(dòng)，如圖1所示。3分鐘后發(fā)展為AB兩相短路，如圖2所示。電流速斷保護(hù)正確動(dòng)作，如圖3所示，電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

圖1 零序電壓故障錄波

圖2 故障發(fā)展為明顯、持續(xù)的A相金屬性接地

2.1.2 裂解車間主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)故障情況

裂解裝置主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行工況下，運(yùn)行電流670A，正常運(yùn)行時(shí)軟啟動(dòng)柜內(nèi)電纜終端頭C相弧光接地，2秒鐘后主風(fēng)機(jī)電機(jī)軟啟動(dòng)柜內(nèi)電纜終端頭三相弧光接地短路崩燒，10kV主風(fēng)機(jī)開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘停機(jī)，裝置切進(jìn)料停工。

主風(fēng)機(jī)電機(jī)電纜終端頭C相發(fā)生單相接地故障，查看故障錄波裝置，從發(fā)生C相接地到發(fā)展為A、B、C三相弧光接地短路，短路電流最高達(dá)到Ia=7.87kA，Ic=7.71kA，如圖4所示。

圖4 主風(fēng)機(jī)電纜短路時(shí)短路電流

母線電壓降至Ua=0.2kV,Ub=0.37kV，Uc=0.43kV，如圖5所示。10kV主風(fēng)機(jī)電機(jī)開關(guān)速斷保護(hù)正確動(dòng)作，開關(guān)跳閘，電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2.2 故障分析

2.1.1 電纜終端頭制作缺陷

通過(guò)對(duì)故障電纜的解剖發(fā)現(xiàn)電纜終端頭制作問(wèn)題：對(duì)解剖開的電纜終端頭檢查分析，制作人沒(méi)有嚴(yán)格按照制作說(shuō)明書操作，制作方法錯(cuò)誤。

兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電纜均采用3M廠家5624PST-G2-CN型冷縮終端頭，按照產(chǎn)品使用說(shuō)明書中的制作工藝要求，在電纜終端和接頭中，自金屬護(hù)套邊緣起繞包絕緣帶(或者套橡塑預(yù)制件)，使得金屬護(hù)套邊緣到增繞絕緣外表之間，需要形成一個(gè)過(guò)渡錐面的構(gòu)成件即為應(yīng)力錐。應(yīng)力錐安裝的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與電纜外半導(dǎo)電層以及銅屏蔽層進(jìn)行有效的搭接，搭接面至少保持20mm以上，用以改善金屬護(hù)套末端電場(chǎng)分布、降低金屬護(hù)套邊緣處電場(chǎng)強(qiáng)度，保證高壓對(duì)地的爬電距離。 但現(xiàn)場(chǎng)檢查兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電纜在終端頭制作上應(yīng)力錐安放位置錯(cuò)誤，沒(méi)有與電纜銅屏蔽及外半導(dǎo)體形成有效搭接，中斷連接9cm，如圖6所示。

圖6 電纜頭應(yīng)力錐安放位置錯(cuò)誤

在電纜終端制作中切除電纜外半導(dǎo)電屏蔽層時(shí)，切勿劃傷主絕緣，如不慎在主絕緣上留下刀痕，必須用240#砂紙打磨去除，并必須打磨光滑。對(duì)故障電纜進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn)電纜主絕緣有明顯的刀痕，在電纜終端頭制作過(guò)程中，刀口過(guò)深傷及電纜主絕緣，此處極易發(fā)生放電現(xiàn)象，而短路崩燒點(diǎn)恰好在刀口處，如圖7所示。

圖7 電纜主絕緣劃傷痕跡

2.2.2 電纜安裝不符合規(guī)范要求

按照GB 50303—2015《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范規(guī)范》要求，故障電纜最小允許彎曲半徑為15倍的電纜外徑。但現(xiàn)場(chǎng)檢查故障電纜彎曲度過(guò)大，崩燒電纜最小彎曲半徑為450mm，而實(shí)際經(jīng)過(guò)測(cè)量該電纜彎曲半徑在82～88mm之間，彎曲半徑遠(yuǎn)小于規(guī)定的最小彎曲半徑要求。而受力處同半導(dǎo)體環(huán)形切口在同一位置，電纜穿點(diǎn)正在此處，如圖8所示。

圖8 軟啟動(dòng)柜內(nèi)電纜終端頭C相彎曲過(guò)大電纜

2.2.3 預(yù)防性試驗(yàn)方式錯(cuò)誤

根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50150—2016)一級(jí)交聯(lián)電纜的特性，此電纜應(yīng)采用交流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。而企業(yè)采用了直流耐壓試驗(yàn)。與交流耐壓試驗(yàn)相比，直流耐壓試驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是由于交、直流下絕緣內(nèi)部的電壓分布不同，直流耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)不如交流更接近實(shí)際，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜的故障及薄弱點(diǎn)，并且會(huì)對(duì)交聯(lián)電纜造成了不可逆轉(zhuǎn)的傷害。

3 改進(jìn)措施

3.1 明確電纜頭制作工藝過(guò)程中的檢查和質(zhì)量驗(yàn)收責(zé)任制，防止電纜頭在制作過(guò)程中埋下隱患。

嚴(yán)格按照電纜頭安裝規(guī)范及產(chǎn)品使用說(shuō)明方法進(jìn)行，主要對(duì)電纜進(jìn)行預(yù)處理，清除護(hù)套表面污垢，用240#砂紙打磨護(hù)套口往下50mm處，清潔干凈距護(hù)套口15mm處繞包一層23#膠帶，頂部繞包PVC帶，防止銅屏蔽帶散開。安裝應(yīng)力錐時(shí)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，與外半導(dǎo)電層和銅屏蔽形成有效搭接，在切除電纜外半導(dǎo)電屏蔽層時(shí)，保護(hù)電纜主絕緣，避免主絕緣受損。

3.2 加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備絕緣的日常管理

目前，運(yùn)行中的電氣設(shè)備缺少絕緣日常管理手段。在電氣設(shè)備投入運(yùn)行后無(wú)法對(duì)其絕緣情況進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)備存在缺陷或故障前兆時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，只能在故障發(fā)生后進(jìn)行分析和改進(jìn)。有必要利用先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)絕緣情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

3.2.1 電纜發(fā)生接地或短路故障時(shí)，首先變化的是電纜的絕緣情況，絕緣下降是發(fā)生電纜故障的根本原因。安裝電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電纜絕緣變化情況，發(fā)現(xiàn)隱患停機(jī)進(jìn)行處理。電纜絕緣在線檢測(cè)系統(tǒng)采用直流疊加法，將直流電壓信號(hào)疊加在運(yùn)行中的電纜上，直流電壓信號(hào)與交流電壓工作在不同的頻率，根據(jù)絕緣層對(duì)地通過(guò)的直流電纜值換算出電纜對(duì)地的絕緣數(shù)值，進(jìn)行判斷電纜絕緣情況。而在線絕緣監(jiān)測(cè)裝置冊(cè)數(shù)的絕緣電阻值和泄漏電流模擬量(4～20mA)轉(zhuǎn)換未Modbus485信號(hào)輸出給變電所SCADA系統(tǒng)，值班人員實(shí)時(shí)監(jiān)控電纜絕緣變化情況，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

3.2.2 在電纜出現(xiàn)故障時(shí)首先的表象現(xiàn)象應(yīng)該是電纜連接故障處溫度升高，可以通過(guò)在電動(dòng)機(jī)引線連接以及電纜連接處加裝無(wú)線測(cè)溫裝置，采用數(shù)字式溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電纜頭溫度值，并經(jīng)過(guò)無(wú)線藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞綄⒛M量的轉(zhuǎn)化送至變電所后臺(tái)管理系統(tǒng)，值班人員實(shí)時(shí)監(jiān)控電纜頭的溫度變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)停機(jī)處理。

3.3 選擇與電纜特性相適應(yīng)的預(yù)防性試驗(yàn)方法

根據(jù)電氣設(shè)備特性、開展電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)，保證在對(duì)電氣設(shè)備試驗(yàn)時(shí)、不對(duì)設(shè)備本身造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，不會(huì)形成累加效應(yīng)造成絕緣性能下降。

4 結(jié)語(yǔ)

電纜終端頭制作水平嚴(yán)重以及電纜絕緣的日常管理嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，本文通過(guò)分析繼電保護(hù)動(dòng)作情況以及對(duì)故障電纜的檢查，發(fā)現(xiàn)電纜終端頭制作過(guò)程、電氣設(shè)備施工過(guò)程以及預(yù)防性試驗(yàn)過(guò)程存在缺陷。在日常管理中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出整改措施，以保證電氣設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。