110 kV電纜故障案例分析與防范建議

李演達(dá)，鄭 勇，楊 浩，徐 琮，陸家康，吳仁宜

(1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州市新吳城集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215100)

0 引言

隨著城市化建設(shè)的大力推進(jìn)和電力生產(chǎn)技術(shù)的顯著提升，城市電網(wǎng)由架空線到入地化的電力升級(jí)改造已成大趨勢(shì)。電力電纜具有增強(qiáng)城市線路電力傳輸能力、提高土地利用價(jià)值等優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用愈發(fā)廣泛。當(dāng)然，城市地下管線眾多，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，使得電纜運(yùn)行上具有較強(qiáng)的隱蔽性和不確定性。設(shè)備質(zhì)量、運(yùn)行年限、敷設(shè)條件、外界施工等因素也給電纜安全運(yùn)行帶來威脅。

1 案例1

1.1 事故描述

2015年2月6日13時(shí)許，110 kV線路I保護(hù)動(dòng)作跳閘，線路重合不成。

得到調(diào)度通知后，電纜負(fù)責(zé)單位立即組織力量對(duì)該條線路進(jìn)行了故障巡視。經(jīng)巡視發(fā)現(xiàn)，在位于線路走向上方某交叉路口有疑似施工活動(dòng)的痕跡，該處為B類危險(xiǎn)點(diǎn)。隨后，電纜負(fù)責(zé)單位匯報(bào)調(diào)度情況，申請(qǐng)將線路I改至檢修狀態(tài)，進(jìn)一步展開檢查。

故障線路I為架空線-電纜混合線路，其中電纜線路共兩段，分別為：

(1) 110 kV E變1號(hào)戶外終端桿至220 kV G變，電纜全長4 200 m。

(2) 110 kV E變2號(hào)戶外終端桿至220 kV F變(線路I)，共有6組絕緣式中間接頭。從110 kV E變2號(hào)戶外終端桿至J1中間接頭，長度590 m，從J1中間接頭至220 kV F變，長度2 300 m，電纜全長2 890 m。

1.2 事故原因

得到調(diào)度許可后，檢修人員在E變1號(hào)戶外終端桿、2號(hào)戶外終端桿處做好相關(guān)安全措施后，隨即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)展開進(jìn)一步勘察。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)110 kV線路I (110 kV E變2號(hào)戶外終端桿至220 kV F變)電纜段的J1接地箱內(nèi)，B，C兩相電纜護(hù)層過電壓限制器均有被擊穿痕跡。之后，檢修人員在110 kV E變2號(hào)戶外終端桿處，利用電纜故障測(cè)試車進(jìn)行故障測(cè)距(波速取86 m/μs)。

首先采用二次脈沖法，對(duì)電纜進(jìn)行預(yù)定位，測(cè)距結(jié)果顯示故障點(diǎn)距離110 kV E變2號(hào)戶外終端桿大約640 m。得到故障大致距離后，進(jìn)一步利用故障測(cè)試車的沖擊發(fā)生單元進(jìn)行精確定位，在距離J1接地箱50 m處有明顯的放電聲音。

綜合故障精確定位結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，判斷電纜故障點(diǎn)位于線路I沿線接地箱J1至J2之間。線路I及故障點(diǎn)相對(duì)位置如圖1所示。

圖1 線路I沿線及故障點(diǎn)相對(duì)位置示意

隨即對(duì)故障電纜進(jìn)行了路徑探測(cè)與確認(rèn)，并對(duì)疑似故障點(diǎn)附近區(qū)域進(jìn)行開挖，將敷設(shè)于排管內(nèi)的電纜段暴露以后，確認(rèn)J1中間接頭至J2中間接頭間的C相電纜因外界施工破壞導(dǎo)致單相接地故障，故障點(diǎn)距離J1中間接頭約50 m。

1.3 解決對(duì)策

針對(duì)上述故障，電纜負(fù)責(zé)單位決定將故障點(diǎn)臨近兩側(cè)工井內(nèi)的C相電纜切斷，抽出兩處切斷位置間的電纜段，更換為120 m長的新電纜段，并在兩處切斷位置分別新做一只直通式電纜中間接頭，同時(shí)對(duì)被擊穿的接地箱J1內(nèi)電纜護(hù)層過電壓限制器進(jìn)行了修復(fù)和更換。此外，對(duì)該處危險(xiǎn)點(diǎn)標(biāo)識(shí)進(jìn)行了完好修復(fù)。

2 案例2

2.1 事故描述

2016年5月20日20時(shí)許，電纜負(fù)責(zé)單位接到信通部門通知，220 kV H變出線500 m處通信光纜起火。經(jīng)運(yùn)檢人員巡視發(fā)現(xiàn)該處電纜井內(nèi)有著火痕跡，火雖已熄滅，但下方110 kV線路II接地同軸電纜燒損，因通道積水較深，人員無法進(jìn)入，難以判斷通道內(nèi)電纜本體的受損情況。

2016年5月21日8時(shí)許，運(yùn)檢人員發(fā)現(xiàn)上述起火處附近電纜通道有挖機(jī)開挖溝槽的施工跡象，110 kV線路II與接地箱J2連接的同軸電纜移位變形且損傷嚴(yán)重(線芯外露)，接地箱內(nèi)接地排被拉斷，由此造成110 kV線路II接地系統(tǒng)損壞。

2.2 事故原因

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因施工方用挖機(jī)開挖溝槽，破壞了110 kV線路II接地引線，造成該線路金屬護(hù)套兩端懸空，產(chǎn)生較高的懸浮電壓，進(jìn)而導(dǎo)致金屬護(hù)套對(duì)支架放電，最終引起火災(zāi)。運(yùn)檢人員還發(fā)現(xiàn)，該電纜井內(nèi)自上而下共有三條110 kV電纜線路，線路II位于下層支架。距離線路II擊穿點(diǎn)最近的上層支架電纜本體燒毀最嚴(yán)重，其中兩相電纜鋁護(hù)套裸露并破損，主絕緣裸露并有燒焦痕跡，中層和下層支架的電纜外護(hù)層被燒毀。

2.3 解決對(duì)策

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，電纜負(fù)責(zé)單位安排3臺(tái)水泵對(duì)通道內(nèi)積水進(jìn)行抽排水作業(yè)，同時(shí)申請(qǐng)線路II停電搶修。最終，完成了線路II同軸電纜及相關(guān)的兩組接地箱修復(fù)和更換工作。同時(shí)更換了受損的8段電纜，增加了16只中間接頭及相應(yīng)的接地箱等。該起事故造成的電纜部分修復(fù)費(fèi)用約為200多萬元。

3 案例3

3.1 事故描述

2017年9月10日12時(shí)許，110 kV線路III開關(guān)動(dòng)作，重合不成功。得到調(diào)度通知后，電纜負(fù)責(zé)單位立即組織力量進(jìn)行了故障巡視。14時(shí)，巡視人員匯報(bào)110 kV線路III通道及周邊環(huán)境均無異常，隨即電纜負(fù)責(zé)單位申請(qǐng)對(duì)110 kV線路II改至檢修狀態(tài)，并展開事故原因排查。

3.2 事故原因

線路III為架空-電纜混合線路，其中電纜線路一段。檢修人員首先對(duì)該段電纜進(jìn)行了絕緣測(cè)試。測(cè)試結(jié)果為A相絕緣3 GΩ，B相絕緣3.2 GΩ，C相絕緣0 Ω。經(jīng)判定C相電纜存在接地故障，隨即對(duì)該相電纜進(jìn)行了故障定位。最終確認(rèn)故障點(diǎn)位于距1號(hào)終端桿300 m處的中間接頭處。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)該處雙保護(hù)接地箱內(nèi)保護(hù)器及接地線均已被盜。

3.3 解決對(duì)策

電纜負(fù)責(zé)單位對(duì)被盜的接地箱內(nèi)部保護(hù)器及接地線進(jìn)行了修復(fù)，同時(shí)切除了C相故障電纜中間接頭，更換為一段120 m長的電纜，并重新制作了兩處中間接頭。

4 分析和建議

4.1 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理

(1) 建設(shè)電纜精益化管控平臺(tái)，有效提升電纜線路的本質(zhì)安全和巡檢效率。該平臺(tái)系統(tǒng)融合電纜通道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、沉降系統(tǒng)、局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和接地護(hù)層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過調(diào)取后臺(tái)信息可準(zhǔn)確獲取電纜及通道運(yùn)行狀態(tài)和危險(xiǎn)點(diǎn)變更情況等。以在線監(jiān)測(cè)、缺陷、巡檢數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立專家系統(tǒng)，對(duì)采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算、分析，判斷設(shè)備是否存在異常，并根據(jù)異常情況給出科學(xué)的決策。同時(shí)，平臺(tái)終端具備電子表單自動(dòng)生成功能，運(yùn)維巡視人員手持終端即可完成現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)審批工作，真正實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)點(diǎn)管理電子化、智能化。

(2) 建立防外破管控機(jī)制，實(shí)行分區(qū)分級(jí)差異化管理。電纜負(fù)責(zé)單位應(yīng)與城市地下管線領(lǐng)導(dǎo)小組及政府相關(guān)部門形成防外破管控聯(lián)動(dòng)，提前獲取施工信息，制定電力安全保護(hù)方案。同時(shí)，巡視人員應(yīng)發(fā)揮自身主觀能動(dòng)性，對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)、隱患點(diǎn)、重要及保電線路進(jìn)行加密巡視，向施工單位明確安全措施及現(xiàn)場(chǎng)交底并對(duì)相關(guān)工程責(zé)任人進(jìn)行必要的電力安全法制宣傳教育，包括《中華人民共和國電力法》、國務(wù)院《電力設(shè)施保護(hù)條例》及地方相關(guān)的電力保護(hù)法規(guī)，增強(qiáng)對(duì)施工人員的法制約束力，從源頭降低電纜外破事故發(fā)生概率。

(3) 規(guī)范電纜通道和設(shè)施的標(biāo)識(shí)、標(biāo)志。常見的標(biāo)識(shí)標(biāo)志有通道標(biāo)志樁、路徑臨時(shí)標(biāo)識(shí)、電纜通道(工井)標(biāo)志、通道路面標(biāo)識(shí)、穿越河道警示牌和禁止開挖標(biāo)識(shí)等。電纜負(fù)責(zé)單位應(yīng)對(duì)丟失、污損和錯(cuò)誤信息標(biāo)識(shí)、標(biāo)志進(jìn)行及時(shí)修復(fù)或更換。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜接地箱、工井蓋板及支架等電纜附屬設(shè)施的巡檢，必要時(shí)需安裝防撞圍欄及防盜設(shè)施。

(4) 常態(tài)化組織開展電力安全宣講及培訓(xùn)活動(dòng)。電纜負(fù)責(zé)單位應(yīng)加強(qiáng)與施工單位以及其他市政管線單位開展電力安全保護(hù)知識(shí)交流。針對(duì)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的電力保護(hù)難題，電纜負(fù)責(zé)單位應(yīng)結(jié)合日常運(yùn)檢工作經(jīng)驗(yàn)，從電纜敷設(shè)、遷改和就地保護(hù)等多方面為相關(guān)單位進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。通過開展輸電電纜電力保護(hù)宣講和培訓(xùn)，切實(shí)提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員電力保護(hù)意識(shí)和解決工程難題的能力。

4.2 探究前沿技術(shù)

(1) 應(yīng)用可視化智能設(shè)備對(duì)電纜通道及危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行全天候監(jiān)拍。后臺(tái)服務(wù)器可利用AI人工智能算法將監(jiān)控范圍內(nèi)的異常情況識(shí)別標(biāo)記并發(fā)送預(yù)警信號(hào)。技術(shù)人員將對(duì)識(shí)別出的告警圖片進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)不同的情形按照規(guī)定流程及時(shí)告知運(yùn)維人員。該系統(tǒng)可融合移動(dòng)拍攝終端和無人機(jī)等巡檢技術(shù)，根據(jù)危險(xiǎn)點(diǎn)的變動(dòng)情況及時(shí)做好監(jiān)控區(qū)域的動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保監(jiān)控?zé)o盲區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融通和智能聯(lián)動(dòng)。

(2) 推廣應(yīng)用基于差異化運(yùn)維決策的智能接地箱，該箱有效適用于電纜溝敷設(shè)型式電纜接地環(huán)流的監(jiān)測(cè)。智能接地箱靈活集成各個(gè)監(jiān)測(cè)功能模塊并預(yù)留拓展接口，各模塊可插拔、可拓展，根據(jù)用戶差異化需要靈活集成、自主定制。監(jiān)測(cè)功能模塊分為運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行環(huán)境兩大類。運(yùn)行參數(shù)包含護(hù)層環(huán)流、中間接頭溫度、電纜載流量等；運(yùn)行環(huán)境包含箱體振動(dòng)報(bào)警、開門報(bào)警、井蓋報(bào)警、水位監(jiān)測(cè)等。智能接地箱能夠適應(yīng)未來各種運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)維需求，顯著提高電纜運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)水平。

(3) 采用全新一代視頻監(jiān)控——分布式多防區(qū)振動(dòng)光纖系統(tǒng)，以完成整條電纜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)電纜沿線全線、連續(xù)、分布式測(cè)量。該套系統(tǒng)可對(duì)距光纜5 m范圍內(nèi)的機(jī)動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)、停止和通過等振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以準(zhǔn)確探測(cè)對(duì)電纜的機(jī)械和人工挖掘監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)具有自診斷功能，在光纜破壞時(shí)能夠進(jìn)行自身斷點(diǎn)檢測(cè)及定位。應(yīng)用該系統(tǒng)可以極大提高人工巡檢效率，規(guī)避巡檢盲區(qū)。

(4) 安裝適用于110 kV及以上電壓等級(jí)的電纜故障快速精確定位與預(yù)警裝置，將其核心部件“監(jiān)測(cè)終端”分別安裝于終端電纜本體和終端接地箱接地線上，用于采集放電行波、故障行波和工頻電流等信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜本體和接地線上的故障情況。該裝置較原來離線式故障查找時(shí)間大大縮減，可極大地提高運(yùn)檢人員的電纜故障排查和運(yùn)維管理水平，提升電纜線路的安全運(yùn)行能力。