嚴寒地區電纜GIS終端接地短路原因分析

李漣,劉志能,曹皓

(中國能建湖南省火電建設公司，湖南株洲412000)

嚴寒地區電纜GIS終端接地短路原因分析

李漣,劉志能,曹皓

(中國能建湖南省火電建設公司，湖南株洲412000)

Analysis on ground short trouble of GIS term inal cable in severe cold zone

新疆某電廠升壓站投產4個月后，在嚴寒冬季相繼發生了110 kV，220 kV電纜GIS終端接地短路事故。通過對事故現場勘察和事故電纜GIS終端解剖分析，發現電纜GIS終端設計不合理，GIS終端應力錐和環氧套之間的界面壓力不夠是導致事故的原因，并對電纜GIS終端設計和安裝提出建議。

GIS終端；電纜；界面壓力；沿面放電

新疆某新建電廠升壓站裝設了2組聯絡變,出線采用電纜連接,共有6個電纜GIS終端,并于8月中旬投產,一直運行正常。至12月下旬氣溫急劇下降幾天后,1號聯絡變中壓側C相GIS終端擊穿,1號聯絡變差動保護跳閘,事故時室外溫度－24℃,開關站內溫度－10℃；相隔10天后,2號聯絡變高壓側B相GIS終端擊穿,2號聯絡變差動保護跳閘,事故室外溫度－36℃,開關站內溫度－18℃。

以上2起事故電纜均采用YJLW03交聯聚乙烯單芯電纜,電纜終端采用國內某廠生產的同一型號的預制式GIS終端,該終端采用硅橡膠應力錐,環氧樹脂套,安裝后終端處于GIS金屬殼體內,并封閉于SF6氣體中。

1 電纜GIS終端事故情況

1.1 110 kV電纜GIS終端事故情況

1)終端損壞嚴重,環氧套大部分損壞,法蘭處炸斷為2部分,應力錐表面和底部半導電區域有嚴重的燒蝕痕跡 (見圖1)；

2)終端底部接地法蘭上有燒傷痕跡,說明有大接地電流流過 (見圖2)；

3)用酒精清洗應力錐表面,并進行解剖,發現橡膠絕緣體下面的半導電體表面有一導電通道,并產生了位于半導電體喇叭口上部的橡膠輔助絕緣處擊穿點 (見圖3)；

4)觀察掉落的環氧套碎片,發現環氧套內壁有電弧碳化痕跡,外壁干凈無放電痕跡；

5)檢查事故回路電纜表面,未發現放電痕跡。

1.2 220 kV電纜GIS終端事故情況

1)GIS終端底部環氧套損壞,環氧套被炸裂為2部分,環氧套表面未發現燒蝕痕跡 (見圖4)；

2)移除GIS終端上部的環氧套,發現應力錐表面燒蝕痕跡嚴重,應力錐硅橡膠絕緣上有一貫穿擊穿點 (見圖5)；

3)檢查環氧套內壁,發現大量碳化痕跡,外壁無放電痕跡；

4)檢查電纜絕緣表面未發現放電痕跡。

2 事故原因初步分析

根據事故的現象,發生事故的原因有可能為GIS終端安裝、制造,外部回路及系統過電壓等原因,為此對以上可能原因進行了分析和排除。

2.1 外部原因分析

1)查閱運行日志及故障錄波,當時線路運行期間負荷較小,1號聯絡變110 kV故障側負荷為71A, 2號聯絡變220 kV故障側負荷為105 A,且系統無過電壓、外部短路等現象發生,可以排除系統故障的原因；

2)檢查GIS設備內SF6氣體壓力、微水正常,設備內部未發現放電及其它異?，F象,與GIS終端連接導電部分連接牢固可靠,沒有過熱及放電痕跡,可以排除GIS設備故障的原因；

3)檢查安裝文件,安裝編制了作業指導書,作業指導書符合廠家參數要求；施工前,安裝單位進行了技術交底,并且安裝過程中有電纜附件廠家復核參數及監理見證；驗收記錄齊全,有關數據均符合電纜附件廠家及有關規程的要求,可以排除安裝工藝的原因。

2.2 GIS終端制造原因分析

從2次接地短路事故現象看,環氧套炸裂但無擊穿及外表面無放電痕跡,環氧套內表面、硅橡膠應力錐外表面、接地法蘭均存在明顯放電痕跡,沿面放電現象明顯,基本排除材質不合格的原因,事故是由于GIS終端應力錐和環氧套之間沿面放電引起的。

3 沿面放電原因分析

3.1 GIS終端結構分析

根據廠家安裝工藝,現場安裝時先臨時固定環氧套,環氧套內表面、應力錐外表面涂硅脂,然后分別將電纜、應力錐、出線組件套入環氧套,最后整體裝入GIS設備。為保證應力錐與環氧套的壓力,該產品采用彈簧壓緊裝置 (見圖6),彈簧通過喇叭形的鋁合金托架將壓力傳遞到應力錐上,以保持應力錐與環氧套、電纜之間界面上的壓力恒定,同時考慮高電場和熱場作用下硅橡膠應力錐老化,以及環境溫度變化引起的界面壓力的變化〔1〕。

3.2 應力錐與環氧套之間沿面放電原因分析

由圖6結構可以看出,應力錐與環氧套之間的壓力主要由彈簧壓緊裝置提供,應力錐與環氧套體積的變化勢必會影響彈簧的壓力。經查閱有關資料,環氧樹脂線性熱膨脹系數一般為6×10－5/℃,硅橡膠為 (2.0～2.6)×10－4/℃〔2〕,交聯聚乙烯為3.3×10－4/℃〔3〕,根據熱膨脹系數可以看出,當環境溫度降低時,硅橡膠應力錐比環氧套收縮更多,這將導致其界面壓力變小,界面壓力變小將導致擊穿電壓的降低。文獻 〔4〕研究也表明,GIS終端復合介質界面沿面放電電壓值與界面壓強和界面狀況密切相關,保證界面足夠的壓強可大幅提高界面沿面放電電壓值,從另外一個方面說明界面壓力的降低將導致擊穿電壓降低。

根據以上分析及事故現象,同時根據GIS終端連續穩定運行4個月,但是氣溫急劇下降幾天后相繼發生2次短路事故的情況,可以確定事故原因是由于廠家設計時未充分考慮嚴寒天氣對GIS終端環氧套和應力錐之間的界面壓力的影響,界面壓力不夠是導致GIS終端接地短路事故的原因。

4 結束語

為保證電纜GIS終端可靠運行,避免類似事故發生,設計和安裝應注意:

1)廠家進行電纜GIS終端結構設計時,應充分考慮環境溫度對應力錐和環氧套界面壓力的影響,以保證有足夠的界面壓力。

2)安裝時要嚴格按廠家的要求施工,并保持電纜、應力錐、環氧套表面的清潔度。

〔1〕王佩龍.高壓交聯電力電纜附件選型的若干問題 〔J〕.電力設備,2004,5(8):18-22.

〔2〕柯德剛.硅橡膠在電力電纜附件的應用 〔J〕.有機硅材料, 2002,16(5):18-20.

〔3〕甘興忠.電線電纜絕緣交聯聚乙烯交聯工藝的分析和對比〔J〕.電線電纜,2008(2):8-11.

〔4〕戴征宇.預制型電纜附件沿面放電試驗研究 〔J〕.高電壓技術,2002,28(9):7-8.

TM595

B

1008-0198(2014)01-0048-03

李漣(1968),男,高級工程師,主要從事電氣調試、電氣安裝、信息技術工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.01.015

2013-09-16

劉志能(1964),男,工程師,主要從事火力發電廠電氣安裝技術工作。

曹浩(1972),男,工程師,主要從事火力發電廠熱控安裝技術工作。