35kV電纜終端故障引起全站失電事故分析及處理措施研究

國網(wǎng)浙江江山市供電有限公司 上官宏暉

電纜的使用為電力建設(shè)的穩(wěn)定發(fā)展提供了極大的幫助。電纜起到了輸電的作用，一旦電纜系統(tǒng)出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致終端用戶無法正常使用電力能源，嚴(yán)重者還會(huì)造成配套電器的燒毀、火災(zāi)等事故的發(fā)生，直接威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，如何提高電纜系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少以及杜絕電纜和相關(guān)附件的故障，是供電企業(yè)不斷探索的方向和追求的目標(biāo)。

1 某變電站35kV電纜終端事故經(jīng)過

新疆某區(qū)變電站在2017年10月35kV的2號(hào)主變高壓側(cè)的隔離開關(guān)下的觸頭A相電纜終端發(fā)生絕緣擊穿事故，單相出現(xiàn)接地故障。具體現(xiàn)象為：在A相電纜終端上的絕緣擊穿了。隨著該事故的發(fā)生，大約4分鐘以后2號(hào)主變盤柜下倉的A相和B相支柱瓷絕緣子出現(xiàn)對(duì)地的相間短路，引發(fā)2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，并且雙側(cè)的高壓斷路器出現(xiàn)跳閘，最終造成整個(gè)電站出現(xiàn)斷電的事故發(fā)生[1]。該電站的作用為該地區(qū)的水源地提供電源，保證水的運(yùn)輸?shù)让裆聵I(yè)。事故發(fā)生之后對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窦捌髽I(yè)用水造成極大不便，

2 35kV電纜終端故障引起全站失電事故原因分析

由于是電纜出現(xiàn)問題，最開始對(duì)電纜質(zhì)量進(jìn)行確認(rèn)，查看電纜直流耐壓試驗(yàn)的測試結(jié)果和終端接地電阻是否滿足規(guī)格，確認(rèn)的結(jié)果是滿足要求；技術(shù)人員又對(duì)事故的現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)確認(rèn)。為進(jìn)一步分析電路的接地保護(hù)動(dòng)作，建立了模型進(jìn)行對(duì)故障發(fā)生原因進(jìn)行探討：當(dāng)A相電纜終端發(fā)生擊穿的故障造成了單相金屬性的接地動(dòng)作，此時(shí)接地電流經(jīng)過35kV全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流。由于電流通過的接地點(diǎn)非常狹窄，在燃起時(shí)產(chǎn)生可電弧，并引起弧光過電壓，使得無故障相的對(duì)地電壓升高。

在出事故的電纜終端中總共有三根接相，最左端為C相，中間相為B相，在該兩相的支柱瓷絕緣子由于受到了被A相發(fā)熱影響、并從A相掉落下的已經(jīng)碳化的絕緣層材料的污染，無形中就構(gòu)建了一個(gè)放電通道，從而使得A相和B相產(chǎn)生了對(duì)地短路，并造成2號(hào)的主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作和兩側(cè)的高壓斷路器發(fā)生了跳閘。

從保護(hù)的路徑以及相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作來看，是在有效動(dòng)作內(nèi)，無異?，F(xiàn)象。技術(shù)人員的調(diào)查重點(diǎn)再一次回到電纜本身。該電纜于2006年開始正式投入使用，迄今為止已有將近11年使用時(shí)間，總體上由于電纜本身的設(shè)計(jì)問題導(dǎo)致故障發(fā)生的可能性微乎其微，推測與其使用的環(huán)境和工藝的實(shí)施可能存在的關(guān)系更多一些。

第一，電纜的半導(dǎo)體層和主絕緣層連接處大約為45°的一個(gè)斜面，由于半導(dǎo)體層在生產(chǎn)過程中沒有嚴(yán)格按照工藝操作要求進(jìn)行且生產(chǎn)質(zhì)量的管控缺失，使得主絕緣層和半導(dǎo)體層之間相銜接的地方出現(xiàn)了凹槽，并對(duì)主絕緣層和半導(dǎo)體層產(chǎn)生了損傷。當(dāng)電纜在生產(chǎn)過程中進(jìn)行熱縮的工藝操作時(shí)就會(huì)在凹槽的地方產(chǎn)生很多氣隙，因此造成了氣隙處的電場分布不均勻、電場堆積過大的問題[1]。當(dāng)電流長期在這種情況下運(yùn)行時(shí)就會(huì)一直有放電現(xiàn)象發(fā)生，并造成電纜的主絕緣性能不斷降低。

第二，通過對(duì)半導(dǎo)電層進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)電層的剝離邊緣處整邊有不光滑平整、切斷處也無纏繞半導(dǎo)體帶；在主絕緣的表面由于使用暴力剝離半導(dǎo)電層產(chǎn)生了大量的刮傷痕跡，此痕跡表明該主絕緣層的組織上已經(jīng)受到了損傷。在后期雖有補(bǔ)救措施，比如對(duì)痕跡處進(jìn)行外觀的打磨、拋光等，但由于主絕緣層本身屬于功能性部位且打磨的工藝比較簡單，仍無法有效去除表面的痕跡缺陷。

第三，電纜在安裝過程中由于形狀不當(dāng)造成故障的發(fā)生。電纜內(nèi)部導(dǎo)電部分為金屬成分，安裝電纜時(shí)若不是直線布線而是彎曲布線或交叉布線，會(huì)導(dǎo)致電纜內(nèi)部的力產(chǎn)生很大的變化，尤其是在應(yīng)力集中的地方產(chǎn)生了局部變形；當(dāng)電纜的卡子卡住電纜線過緊時(shí)，會(huì)造成電纜的熱縮頭產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，該變形處也為應(yīng)力集中處；在安裝和固定電纜線時(shí)，由于半導(dǎo)電口距離電纜的固定鋼架位置比較近，在電流通過時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流。經(jīng)過長時(shí)間的通電運(yùn)行后不斷產(chǎn)生熱能并逐漸累積，絕緣層在這樣的環(huán)境中長時(shí)間后會(huì)慢慢發(fā)生老化現(xiàn)象。

第四，電纜終端處的諸多問題導(dǎo)致故障的發(fā)生。電纜的終端采用熱縮工藝，從2006年投入運(yùn)行以來已運(yùn)行了近11年，本身已產(chǎn)生了老化問題；在電纜安裝時(shí)，終端不能向電纜本身那樣做到較好的熱縮，而是在兩者相交的地方由于熱脹冷縮的原理會(huì)造成兩者之間形成一定的間隙。長時(shí)間的運(yùn)行中，再加上電纜本身運(yùn)行的環(huán)境，外界的灰塵等污染物通過間隙漸漸滲透到電纜內(nèi)部，形成了爬電通道，造成絕緣擊穿的故障發(fā)生。

3 35kV電纜終端故障引起全站失電事故處理措施

對(duì)已老化的主變高壓電纜進(jìn)行拆除并重新制作更換。按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格實(shí)施驗(yàn)收程序，確保試驗(yàn)以及結(jié)果滿足試驗(yàn)規(guī)范。只有驗(yàn)收合格之后才能將該電纜投入使用；由于2號(hào)主變盤柜下倉內(nèi)的支柱瓷絕緣子已被污染，進(jìn)行更換新品后，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)的清理和檢查。由于2號(hào)的故障點(diǎn)可能會(huì)影響到1號(hào)的電纜運(yùn)行，且1號(hào)電纜由于和2號(hào)屬于同期建設(shè)，理應(yīng)也存在電纜老化等一系列問題。因此，要制定科學(xué)合理的檢查方案對(duì)1號(hào)主變高壓電纜進(jìn)行確認(rèn)，包括性能測試、安全隱患的排查和清除，最終確保電纜以及整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

為防止由于電纜本身質(zhì)量的問題帶來電纜性能下降而造成的一系列故障，要對(duì)電纜的式樣設(shè)計(jì)反復(fù)確認(rèn)，借鑒過往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)并吸取事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高電纜的設(shè)計(jì)水平。另外在生產(chǎn)制作過程中要嚴(yán)格按照電纜的技術(shù)要求規(guī)范，從原材料的購入到內(nèi)部的工藝、組裝等都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，只有符合了工藝的要求才能滿足設(shè)計(jì)的要求；電纜終端在安裝時(shí)也要嚴(yán)格執(zhí)行安裝工藝要求和規(guī)范。很多要求和規(guī)范也是在多次故障后總結(jié)出來的，具有非常實(shí)用的意義，必須要嚴(yán)格遵守，杜絕不按照操作規(guī)范帶來的安全隱患。

通過工藝的提升，優(yōu)化產(chǎn)品的性能。由于35kV的電纜終端要求比較嚴(yán)格，可通過工藝改善來提高產(chǎn)品的品質(zhì)。比如，較早之前受工藝技術(shù)影響采用的是熱縮工藝，由于熱脹冷縮的原理，帶來的弊端是造成了間隙。如果在常溫下或者使用冷縮工藝來制作電纜的終端，那么熱脹冷縮造成的間隙問題就不存在了，這也是提升性能的一種手段，確保電纜的終端能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行。目前有很多公司的電纜已采用冷縮工藝，在間隙方面的改善有了很大進(jìn)步。

為了進(jìn)一步提升電纜系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，根據(jù)所需電纜的最大截面積，若面積在400平方毫米以內(nèi)則可采用三芯電纜[2]，它的優(yōu)點(diǎn)在于相位角理論上是120°，通過電流時(shí)磁場平衡，故障率也會(huì)降低；采用紅外熱像儀對(duì)異常的電纜終端部位和電纜溝內(nèi)的中間頭進(jìn)行定期的檢查確認(rèn)[3]。根據(jù)電纜頭的溫度變化來分析電纜內(nèi)部具體的運(yùn)行工況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并進(jìn)行處理。該種方法雖然會(huì)消耗較多的人力和物力，但對(duì)于電纜頭的過熱缺陷檢查具有很好的預(yù)測作用，避免電纜在后續(xù)持續(xù)工作中出現(xiàn)故障而給整個(gè)電路帶來影響。