核電廠高壓電纜絕緣擊穿處理過(guò)程及原因分析

賴澤彬，羅鎮(zhèn)城，張水龍，吳文軒，林紹斌

（中核國(guó)電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

電力電纜GIS（Gas Insulated Switchgear，氣體絕緣開關(guān)）終端用于電力電纜與GIS 設(shè)備的連接用。一般用于110 kV 及以上電壓等級(jí)，35 kV 及以下電壓等級(jí)不采用，因?yàn)?5 kV 電壓等級(jí)沒(méi)有GIS 設(shè)備，所以就沒(méi)有35 kV 及以下電壓等級(jí)的電力電纜GIS 終端。

電力電纜GIS 終端，外面是環(huán)氧絕緣套，環(huán)氧絕緣套里面是處理好的電纜及電纜應(yīng)力錐，環(huán)氧絕緣套安裝在GIS 設(shè)備的套筒里，環(huán)氧絕緣套與GIS 套筒之間的空間里充滿了SF6（六氟化硫）氣體用于增強(qiáng)絕緣，一般內(nèi)外是完全隔離的（極少部分內(nèi)外是通路）。環(huán)氧絕緣套頂部是導(dǎo)電觸頭，目的是將電纜線芯導(dǎo)體與GIS 設(shè)備母線導(dǎo)體在電氣上進(jìn)行連通。如圖1 所示，電力電纜GIS 終端用于連接高壓電纜與變壓器設(shè)備或者高壓電纜與GIS 設(shè)備。

圖1 電力電纜GIS 終端

1 某核電廠室外220 kV 電纜終端擊穿事件描述

某核電廠2019 年12 月8 日09：17，1#、2#主控觸發(fā)6.6 kV 母線9LGR001TB 開關(guān)柜故障、1LGB/2LGC 母線開關(guān)柜故障、慢切裝置閉鎖報(bào)警，1#輔變跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)1#輔變高壓側(cè)220 kV 電纜終端C 相損壞嚴(yán)重，需重新制作新電纜終端。圖2為此次發(fā)生絕緣擊穿的電纜終端。

圖2 絕緣擊穿的電纜終端

2 220 kV 電纜終端擊穿原因分析及處理過(guò)程

2.1 事件處理

由電氣廠家進(jìn)行此次電纜終端接頭的制作。此次電纜終端頭的制作，前期準(zhǔn)備2 d，現(xiàn)場(chǎng)制作耗時(shí)1 d，電纜終端頭與GIS 設(shè)備之間的連接耗時(shí)1 d，于2019 年12 月12 日7時(shí)完成送電，目前運(yùn)行良好。

此次故障處理大致分為5 個(gè)步驟：

（1）破開C 相電纜封堵，核實(shí)電纜余量，打開電纜溝蓋板，將電纜整體向輔變側(cè)移動(dòng)，留有足夠余量進(jìn)行新電纜終端頭制作。

（2）查找電纜擊穿點(diǎn)，將擊穿點(diǎn)以上的電纜截掉，圖3為截下的電纜和擊穿點(diǎn)。

圖3 截下的電纜和擊穿點(diǎn)

（3）電纜終端頭制作。主要工序：①電纜及護(hù)套切割；②金屬屏蔽層處理；③壓接電纜出線桿；④電纜絕緣層處理；⑤應(yīng)力錐安裝；⑥導(dǎo)體密封；⑦最終裝配和充油。

（4）SF6氣體回充。用真空泵對(duì)氣室進(jìn)行抽真空至133 Pa以下；停止抽真空，靜置3 h，要求3 h 壓力變化不大于133 Pa；再次進(jìn)行抽真空，每個(gè)氣室抽0.5 h 以上；用微水測(cè)試儀對(duì)準(zhǔn)備補(bǔ)充的新SF6氣體進(jìn)行含水量測(cè)量，含水量低于10-4（100 ppm）才可使用；充氣前，使用新SF6氣體對(duì)充氣管道進(jìn)行沖洗，排凈管道中的空氣；抽真空合格后的氣室進(jìn)行SF6氣體回充，充至0.42 MPa；充氣結(jié)束后，對(duì)氣室閥門、連管處進(jìn)行檢漏；檢漏無(wú)異常，靜置24 h；讀取氣室壓力，測(cè)量微水含量應(yīng)低于2.5×10-4（250 ppm）；檢查確認(rèn)各氣室閥門處于開啟狀態(tài)，自封接頭保護(hù)帽擰緊。

（5）電氣試驗(yàn)。對(duì)變壓器高壓繞組進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)；使用2500 V 兆歐表測(cè)量電纜主絕緣，時(shí)間1 min，測(cè)量完充分放電；解開過(guò)電壓保護(hù)器與外護(hù)套的金屬連接片，用1000 V 兆歐表測(cè)量過(guò)電壓保護(hù)器絕緣電阻，其值應(yīng)＞10 MΩ；解開TD 廠房側(cè)電纜終端接地端子箱中的外護(hù)套接地線；用500 V 兆歐表分別測(cè)量A、B、C 三相電纜外護(hù)套的絕緣電阻，時(shí)間1 min，其值應(yīng)＞0.1 MΩ；恢復(fù)外護(hù)套接地線以及過(guò)電壓保護(hù)器連接片。

2.2 原因分析

通常情況下，當(dāng)電纜系統(tǒng)有故障發(fā)生后，故障的放電過(guò)程會(huì)毀損幾乎全部的原始證據(jù)，往往導(dǎo)致很難給出唯一或者精確的原因，本案例亦不例外。但結(jié)合故障現(xiàn)場(chǎng)情況以及綜合考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及其原理，分析本次故障可能是以下一些因素造成，也可能是多種因素綜合造成：

（1）環(huán)境溫度低。環(huán)境溫度短期內(nèi)變化大，線路負(fù)載低，導(dǎo)致終端內(nèi)部的油壓很不穩(wěn)定，甚至可能產(chǎn)生偏高的負(fù)壓，從而在某些高電場(chǎng)區(qū)域產(chǎn)生微小的氣隙，在高電壓作用下可能激發(fā)局部放電，不斷發(fā)展后最終產(chǎn)生擊穿故障。

（2）產(chǎn)品在使用接近10 年后出現(xiàn)一定程度的老化，其綜合性能會(huì)有一定下降，不排除在惡劣的工況下某些薄弱區(qū)域激發(fā)放電，并最終導(dǎo)致故障。

（3）為避免不必要的爭(zhēng)端，高壓電纜系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)約定成俗地認(rèn)為電纜終端內(nèi)部的故障，電纜制造廠一般不會(huì)對(duì)此擔(dān)負(fù)相關(guān)責(zé)任。但本次故障的擊穿點(diǎn)位于高電場(chǎng)應(yīng)力錐區(qū)域的上方，雖然可能性較低，但理論上不完全排除電纜自身的原因。

（4）雖然可能性不高，但不完全排除該電纜終端安裝時(shí)在擊穿通道區(qū)域留有污染物或損傷，長(zhǎng)期運(yùn)行下累積放電并發(fā)展成故障。GIS 終端一般也叫戶內(nèi)終端，這類終端的主要應(yīng)用場(chǎng)合在戶內(nèi)。但由于福清核電的GIS 放置于戶外，其配套的GIS 電纜終端工況屬于相對(duì)惡劣的情況，在極端情況下有一定的可能性會(huì)導(dǎo)致故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

此次電纜終端頭的制作，前期準(zhǔn)備兩天，主要涉及密封圈的準(zhǔn)備、與廠家核實(shí)材料是否齊全、人員出入證的辦理和動(dòng)火證和臨時(shí)用電申請(qǐng)等流程；現(xiàn)場(chǎng)制作耗時(shí)1 d，需要做好現(xiàn)場(chǎng)人員的管理，現(xiàn)場(chǎng)制作環(huán)境應(yīng)該盡可能干凈，配合好廠家進(jìn)行電纜頭制作，現(xiàn)場(chǎng)遵守好規(guī)章制度，注意用火安全；電纜終端頭與GIS 設(shè)備之間的連接耗時(shí)1 d，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)協(xié)調(diào)好電纜頭制作廠家、GIS 廠家的配合，做到分工明確，高效率作業(yè)，承包商做好配合工作，于2019 年12 月12 日7 時(shí)完成送電，目前運(yùn)行良好。

考慮到核電相關(guān)產(chǎn)品的高可靠性要求，結(jié)合已經(jīng)發(fā)生一次故障的現(xiàn)實(shí)，某核電廠后續(xù)可能對(duì)這批次產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造，將油浸式電纜終端頭更換成干式GIS 終端產(chǎn)品以消除可能存在的安全隱患；在條件允許的情況下，可對(duì)當(dāng)前的電纜回路進(jìn)行在線局放測(cè)量，根據(jù)在線檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行更有針對(duì)性的評(píng)估或者定期進(jìn)行局放測(cè)量檢查。