龍口水電站10 kV電纜絕緣擊穿事故分析及防范措施

趙國(guó)棟 張春龍

摘要：針對(duì)龍口水電站一起由10 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜終端頭絕緣擊穿引起發(fā)電機(jī)停機(jī)解列的事故案例，對(duì)故障電纜進(jìn)行解剖，分析原因并提出了相應(yīng)的防范措施，以減少類(lèi)似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜;終端頭;絕緣擊穿;事故停機(jī)

0 ? ?引言

交聯(lián)聚乙烯（XLPE絕緣）電纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電氣性能和耐熱性能穩(wěn)定、抗腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高、傳輸容量較大、易于彎曲、附件接頭簡(jiǎn)單、安裝敷設(shè)方便，具有聚氯乙烯（PVC絕緣）電纜無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜廣泛應(yīng)用于交流50 Hz、額定電壓6～35 kV的輸配電線路，主要功能是輸送電能。但是，在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜附件選用、安裝和電纜頭制作過(guò)程中，由于制作工藝不規(guī)范造成的電纜頭絕緣擊穿事故時(shí)有發(fā)生，影響了電力系統(tǒng)的供電可靠性。

本文就龍口水電站發(fā)生的一起10.5 kV配電系統(tǒng)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜終端頭絕緣擊穿引起發(fā)電機(jī)事故停機(jī)故障進(jìn)行剖析，查找原因，制定防范措施，規(guī)范電力電纜終端頭施工工藝，以保障供電的可靠性。

1 ? ?事故經(jīng)過(guò)

2017-04-01T09：56：07，龍口水電站5號(hào)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作，跳機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)、跳機(jī)組出口805開(kāi)關(guān)，機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行事故停機(jī)流程后停機(jī)。事故前接線方式如圖1所示。

2 ? ?原因查找

查閱5號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置故障記錄文件，顯示5號(hào)發(fā)電機(jī)故障初始階段為B相單相接地，隨后發(fā)展成A、B相間短路，經(jīng)過(guò)15 ms故障快速發(fā)展成A、B、C三相短路，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作。結(jié)合勵(lì)磁變高壓側(cè)三相電流波形分析，判斷故障點(diǎn)在勵(lì)磁變高壓側(cè)區(qū)域。

去現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)5號(hào)機(jī)機(jī)壓配電室內(nèi)有大量濃煙，并有焦糊味;5號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變5TSH配電柜（5G8）后門(mén)變形，柜后兩側(cè)及底部有放電痕跡，部分螺栓有輕微燒損，如圖2所示。系統(tǒng)轉(zhuǎn)檢修后，打開(kāi)5G8柜柜門(mén)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)5G8盤(pán)柜內(nèi)5號(hào)機(jī)組勵(lì)磁變高壓側(cè)電纜冷縮終端B相主絕緣擊穿對(duì)地放電，B相電纜對(duì)地絕緣電阻測(cè)試為0，A、C相對(duì)地絕緣正常。

3 ? ?事故搶修

事故原因確定后，迅速展開(kāi)搶修工作。首先，根據(jù)該電纜敷設(shè)路徑及長(zhǎng)度，將故障點(diǎn)以下20 cm切除。當(dāng)時(shí)庫(kù)存沒(méi)有10 kV電纜冷縮終端附件，于是由熱縮電纜終端替代原冷縮終端，重新制作電纜頭。同時(shí)，對(duì)5G8盤(pán)柜進(jìn)行清理，對(duì)柜內(nèi)由于放電弧光造成燒損的二次線、螺栓進(jìn)行了更換。從故障發(fā)生到設(shè)備重新投運(yùn)共歷時(shí)22.5 h。

4 ? ?原因分析

4.1 ? ?直接原因

5G8柜內(nèi)5號(hào)機(jī)組勵(lì)磁變高壓電纜冷縮終端B相絕緣擊穿對(duì)地放電，產(chǎn)生的電弧引起弧光短路，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，造成5號(hào)發(fā)電機(jī)事故停機(jī)解列。

4.2 ? ?根本原因

5號(hào)機(jī)組勵(lì)磁變高壓電纜冷縮終端頭制作工藝不規(guī)范，內(nèi)部存在缺陷，長(zhǎng)時(shí)間的局部放電造成電纜絕緣老化，最終導(dǎo)致電纜頭絕緣擊穿。

5 ? ?機(jī)理分析

如圖3所示，對(duì)故障電纜的終端頭拆開(kāi)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

（1）半導(dǎo)體層切斷處斷口不平整、光滑，臺(tái)階處未做成坡形，導(dǎo)致半導(dǎo)體切口處電場(chǎng)畸變，容易發(fā)生放電。

（2）電纜主絕緣未打磨光滑，有半導(dǎo)體層殘留，且切口處可以觀察到刀痕，使電纜主絕緣下降，受傷處擊穿電壓下降，容易在薄弱處發(fā)生擊穿。

（3）半導(dǎo)體屏蔽層斷口處未加裝應(yīng)力管，導(dǎo)致斷口處的電場(chǎng)應(yīng)力（電力線）較集中，沒(méi)有有效改變斷口處的電場(chǎng)分布。

（4）半導(dǎo)體層外露尺寸超過(guò)制作要求，影響了電纜對(duì)地的爬電距離，對(duì)地泄漏電流增大，長(zhǎng)期運(yùn)行容易引起發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣逐步老化。

（5）半導(dǎo)體層劃傷，存在氣隙，氣隙處產(chǎn)生局部放電，雖然不會(huì)立即導(dǎo)致整個(gè)絕緣介質(zhì)的擊穿，但是氣隙內(nèi)部會(huì)逐步形成電“樹(shù)枝”，并向縱向發(fā)展，使得絕緣發(fā)生老化，直至發(fā)生絕緣電擊穿或熱擊穿。

6 ? ?防范措施

鑒于此次10 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜終端頭因施工工藝不規(guī)范而發(fā)生絕緣擊穿的事故，在以后的工作中，不僅要嚴(yán)把工藝關(guān)，還應(yīng)注意后期的維護(hù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。對(duì)此提出以下防范措施和注意事項(xiàng)：

（1）電力電纜附件的質(zhì)量是決定整個(gè)電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，因此，在選取電纜及其附件時(shí)，要把好質(zhì)量關(guān)，絕對(duì)不能讓質(zhì)量存在問(wèn)題的電纜設(shè)備應(yīng)用到工程中。

（2）加強(qiáng)電纜施工作業(yè)的過(guò)程管理。安裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題很多都是現(xiàn)場(chǎng)管理上的問(wèn)題，因此，在施工過(guò)程中，首先要嚴(yán)格管控工作人員的施工工藝和作業(yè)流程，其次施工前要編制相關(guān)的安裝標(biāo)準(zhǔn)和方案，最后就是對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃，做好作業(yè)區(qū)域防水、防塵等保護(hù)措施。

（3）強(qiáng)化電纜頭的制作工藝。其實(shí)在眾多的電纜絕緣擊穿、電纜爆炸等事故中，大多是由于施工工藝不規(guī)范造成的，因此在電纜制作時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1）嚴(yán)格按照規(guī)范要求尺寸切剝電纜，且在切剝的過(guò)程中，不可傷及每一層的結(jié)構(gòu);2）銅屏蔽（外屏蔽）層要用附件中提供的專(zhuān)用不銹鋼箍帶扎好，斷口處不得產(chǎn)生毛刺或尖角;3）半導(dǎo)體斷面要有倒角，且表面平整、光滑，保證與主絕緣層平滑過(guò)渡;4）電纜主絕緣層上不得有半導(dǎo)體殘留和刀痕，必要時(shí)可用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨，最后用酒精濕巾擦拭干凈;5）主絕緣和半導(dǎo)體層切口處均要涂抹絕緣硅脂，用以填充氣隙和排除氣體。

（4）注重電纜投運(yùn)后的維護(hù)和監(jiān)視。嚴(yán)格按照規(guī)程對(duì)電纜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，掌握電纜的運(yùn)行工況，另外采用紅外成像、紫外成像、局部放電測(cè)試等手段定期對(duì)電纜進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，預(yù)防事故的發(fā)生。

7 ? ?結(jié)語(yǔ)

電纜終端是電纜絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，是電纜故障的多發(fā)部位，因此要嚴(yán)格把控電纜頭的制作工藝，做好施工過(guò)程的跟蹤和管理，并對(duì)驗(yàn)收環(huán)節(jié)的試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證，保證電纜的電氣性能達(dá)標(biāo);還應(yīng)利用紅外成像（發(fā)熱檢測(cè)）和紫外成像（放電檢測(cè)）定期對(duì)電纜進(jìn)行檢測(cè)，了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，減少類(lèi)似事故的發(fā)生。另外，事故發(fā)生時(shí)，電能的集中大量釋放會(huì)導(dǎo)致盤(pán)柜變形，若此時(shí)有人員與盤(pán)柜距離較近，可能造成人身傷害，這就證明了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定警戒區(qū)的必要性，即所有進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的人員，非因工作必需，不得進(jìn)入黃色警戒線以內(nèi)。

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收稿日期：2020-07-27

作者簡(jiǎn)介：趙國(guó)棟（1985—），男，山西代縣人，工程師，研究方向：電氣設(shè)備檢修和維護(hù)。