35 kV單芯電纜頭頻繁擊穿故障分析及預(yù)防

趙宏寧

(慶陽(yáng)供電公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000)

2007年，某110 kV變電站35 kV開(kāi)關(guān)柜改造更換后，原鋁排引接的戶(hù)內(nèi)電氣部分全部改為單芯電纜連接。由于電纜敷設(shè)安裝設(shè)計(jì)不到位，施工單位對(duì)單芯電纜的制作安裝參照了10 kV電纜基本工藝，運(yùn)行4年來(lái)先后發(fā)生電纜頭擊穿故障5起，一度成為影響安全運(yùn)行的隱患。

1 5起電纜頭擊穿及處理情況

(1)2008年3月，2號(hào)主變至35 kV開(kāi)關(guān)柜連接電纜開(kāi)關(guān)柜側(cè)B相擊穿爆裂，因開(kāi)關(guān)柜側(cè)相間距離較小而傷及A，C相，見(jiàn)圖1。障的主因。對(duì)5個(gè)電纜頭采用知名品牌的終端材料進(jìn)行了重新制作，改熱縮材料為冷縮材料。

圖1 2008-03-01開(kāi)關(guān)柜端電纜頭擊穿

圖2 2008-05-29線路端電纜頭擊穿

圖3 2009-01-28線路端電纜頭擊穿

(2)2008年5月，3516饋線穿墻套管側(cè)電纜頭C相擊穿，見(jiàn)圖2。

(3)2009年1月，3515饋線穿墻套管側(cè)電纜頭C相擊穿，見(jiàn)圖3。為了查明電纜頭頻繁擊穿的原因，檢修單位聘請(qǐng)了國(guó)內(nèi)知名電纜終端附件生產(chǎn)廠技術(shù)人員，現(xiàn)場(chǎng)組織了解剖分析，初步確定了電纜頭初次制作工藝不規(guī)范及材料質(zhì)量問(wèn)題是造成故

(4)2009年2月，3515饋線穿墻套管側(cè)電纜頭C相第2次擊穿，見(jiàn)圖4。本次擊穿的電纜頭是2009年1月?lián)舸┖蟾鼡Q的冷縮電纜頭，在制作過(guò)程中嚴(yán)格控制了工藝、環(huán)境及質(zhì)量，但2次擊穿情況及部位基本一致，反映出爆裂原因與冷縮熱縮材料關(guān)系不大。

(5)2010年12月，2號(hào)主變至35 kV開(kāi)關(guān)柜連接電纜穿墻套管側(cè)B相擊穿，見(jiàn)圖5。情況基本與第1次故障相同。

圖4 2009-02-26主變側(cè)電纜頭擊穿

圖5 2010-12-16主變側(cè)電纜頭擊穿

2 電纜檢測(cè)及運(yùn)行現(xiàn)狀

為了進(jìn)一步查清故障重復(fù)發(fā)生的原因，檢修人員進(jìn)行了周期性設(shè)備紅外線、紫外線成像檢測(cè)及巡視工作，歸納總結(jié)了以下現(xiàn)象。

(1)電纜頭擊穿故障集中在主變及負(fù)荷較大的電纜上。雖然電纜容量完全滿(mǎn)足負(fù)荷要求，但故障與流經(jīng)電纜的電流有關(guān)，電流大的故障次數(shù)較多。

(2)紫外線成像未發(fā)現(xiàn)電纜存在放電部位。

(3)紅外線成像結(jié)果表明，大部分電纜頭同一部位(電纜頭半導(dǎo)層切口位置)存在發(fā)熱點(diǎn)(見(jiàn)圖6)。雖然檢測(cè)溫度不高(約14 ℃)，但發(fā)熱點(diǎn)集中且長(zhǎng)期存在。

圖6 電纜頭上的發(fā)熱點(diǎn)(下側(cè)電纜)

(4)電纜金屬護(hù)套接地全部采用兩側(cè)接地方式，開(kāi)關(guān)柜側(cè)是與開(kāi)關(guān)柜配套的插入套管式電纜終端(見(jiàn)圖1)，制作時(shí)金屬護(hù)套部分與開(kāi)關(guān)柜體自然接地；另一端金屬護(hù)套接地采用多股絞線引出，直接與電纜金屬支架連接。

3 單芯電纜金屬護(hù)套接地方式分析

通過(guò)綜合分析，金屬護(hù)套接地方式選擇成為引起電纜故障的懷疑焦點(diǎn)。在電纜施工手冊(cè)中，雖然有電纜金屬護(hù)套兩端接地的方案，但對(duì)于電纜金屬護(hù)套兩端接地的缺點(diǎn)，只考慮了護(hù)套中的環(huán)流對(duì)電纜載流量產(chǎn)生損耗的影響。本工程中未考慮傳輸功率因素，將金屬護(hù)套全部?jī)啥私拥兀娎|傳輸容量較大時(shí)，金屬護(hù)套中的環(huán)流作用可能在電纜頭局部產(chǎn)生長(zhǎng)期發(fā)熱情況，使電纜主絕緣逐漸老化而擊穿。

單芯電纜導(dǎo)體與金屬護(hù)套的關(guān)系，可以看作是一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組。當(dāng)電纜運(yùn)行中導(dǎo)體通過(guò)交流電流時(shí)，其周?chē)a(chǎn)生的一部分磁力線與電纜金屬護(hù)套交鏈，在金屬護(hù)套中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜中流過(guò)導(dǎo)體的電流及電纜的排列方式和電纜長(zhǎng)度有關(guān)。電纜很長(zhǎng)時(shí)，金屬護(hù)套上感應(yīng)的電壓可能達(dá)到危及人身安全的程度。當(dāng)線路發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路故障時(shí)，金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓會(huì)達(dá)到很大值，當(dāng)線路遭受操作過(guò)電壓或者雷擊過(guò)電壓時(shí)，金屬護(hù)套還會(huì)形成更高的電壓，導(dǎo)致護(hù)層絕緣被擊穿。如果金屬護(hù)套兩點(diǎn)接地使其形成閉合回路，金屬護(hù)套將產(chǎn)生環(huán)形電流。有資料顯示，對(duì)220 kV單芯電纜金屬護(hù)套兩端接地情況下，低負(fù)載測(cè)量金屬護(hù)套的環(huán)形電流，達(dá)到導(dǎo)體電流值的45 %。若電纜滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行或電纜長(zhǎng)度更大時(shí)，金屬護(hù)套中環(huán)流及金屬護(hù)套電壓都會(huì)成比例增加。

雖然對(duì)電纜線路短、傳輸功率很小的單芯電纜允許金屬護(hù)套兩端接地，以減少維護(hù)工作量。但紅外線成像檢測(cè)結(jié)果表明，金屬護(hù)套中環(huán)形電流作用在電纜頭終端尾管的接地連接部位所產(chǎn)生的長(zhǎng)期發(fā)熱情況是實(shí)際存在的，這個(gè)局部發(fā)熱會(huì)對(duì)電纜頭部位主絕緣造成潛在危害。

另外，35 kV屬于小電流接地系統(tǒng)，該變電站35 kV系統(tǒng)供給的6條線路全部是農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷，線路路徑復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生線路單相接地引起的非接地相對(duì)地電壓升高及線路雷擊過(guò)電壓情況，是誘發(fā)電纜頭絕緣薄弱部位擊穿的主因。

4 防止單芯電纜頭擊穿的主要措施

(1)通過(guò)對(duì)同一次制作的電纜頭的工藝檢查，發(fā)現(xiàn)大部分初次制作工藝不符合技術(shù)要求，主要表現(xiàn)在主絕緣切口不規(guī)則，表面打磨粗糙，部分有損傷，半導(dǎo)層剝離處理粗糙等。在選擇國(guó)內(nèi)品牌電纜附件、嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)部分電纜頭進(jìn)行重新制作。

(2)將所有電纜金屬護(hù)套接地改為一側(cè)接地。通過(guò)反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，金屬護(hù)套一側(cè)接地的電纜頭局部發(fā)熱現(xiàn)象明顯改善。同時(shí)，對(duì)其他2個(gè)新投運(yùn)變電站中壓側(cè)采用單芯電纜連接的9條電纜，全部采用金屬護(hù)套一側(cè)接地方案，運(yùn)行近2年無(wú)異常。

(3)繼續(xù)對(duì)電纜頭進(jìn)行定期紅外線、紫外線成像檢查，有條件時(shí)開(kāi)展金屬護(hù)套對(duì)地電壓測(cè)量及環(huán)流測(cè)量。根據(jù)電纜敷設(shè)規(guī)范，對(duì)較長(zhǎng)線路的單芯電纜金屬護(hù)套，采用一側(cè)直接接地，另一側(cè)安裝接地保護(hù)器的方案。