220kV電纜戶外終端頭爆炸事故分析與處理

傅開偉，唐榮海，黃永清

（中電投重慶天泰鋁業有限公司，重慶 九龍坡 400328）

0 前 言

2014年1月20日下午5點36分，筆者所在公司220kV變電站1#動力變壓器A相220kv電纜進線的戶外終端頭（以下簡稱電纜頭）發生爆炸，造成1#動力變220kV進線斷路器跳閘，幸運的是，當時是1#、2#兩臺動力變壓器并聯運行，因而，1#動力變220kV進線斷路器跳閘未導致全站停電事故發生。

雖然本次事故除造成本相電纜頭報廢外，未釀成非常嚴重的后果，但是，從事故后現場的情況來看，220kV電纜頭爆炸的威力及其所引發的危險性卻是相當嚴重的，本文論述事故的危險性及產生的原因，并提出預防措施。

1 事故的危險性

1.1 爆炸的威力大

根據220kV電纜頭爆炸事故后的現場情況來看，其底座（鋁合金材質）被炸碎成幾塊，最大的一塊被炸飛離原位置16m多遠，較小的一塊飛離原位置近23m；底座與瓷套金屬底法蘭相連接的12顆M12螺栓全部被拔出，并導致法蘭螺孔嚴重變形（見圖1）；其底座支撐絕緣子碎片則飛離原位置50m以上；而戶外終端頭的槽鋼（10#）支架嚴重變形（圖2）；爆炸產生的碎片擊中本臺變壓器同相220kV進線瓷套管裙邊，造成該處裙邊破損；電纜頭上部導體與變壓器進線聯接的線夾完全分離；瓷套管則在應力錐附近軸向斷開；污染后的油則沿四周噴出，使包括變壓器本體、其它兩相戶外終端、避雷器、變壓器間隔防火墻以及周圍地面被爆炸后的黑油污染；電纜在離半導體層末端約100mm處主絕緣有一擊穿孔，直徑約20 mm，深達導電銅芯線，銅芯線導體有電弧燒的痕跡（見圖3）；從上述現場情況分析，爆炸可能的瞬時過程為：電纜頭瓷套管內電纜由于擊穿而接地，產生巨大的能量使套管內接地處產生高溫、高熱而發生爆炸，使套管內絕緣油碳化變黑，同時使瓷套管、終端底座分別受到向上、向下的巨大膨脹力作用，促使底座與瓷套管底部法蘭的連接螺栓拔出分離、底座破碎、上部導線連接線夾在瓷套管上沖力作用下與下部固定的電纜導線分離；瓷套管在沖開連接線夾后回落撞擊支架槽鋼后掉落倒地并使瓷套管在應力錐處斷開；套管中被碳化的絕緣油于底座與瓷套管法蘭分離的瞬間在瓷套管內高壓力作用下噴出，污染附近設備及建構物。而支架槽鋼在爆炸力及瓷套管的撞擊作用下，發生強烈的扭曲變形。從現場情況及分析可知，這次電纜頭爆炸的威力是很大的。

圖1 瓷套金屬底座螺孔變形

圖2 變形槽鋼支架

圖3 絕緣擊穿的電纜段

1.2 火災危險性

電纜頭爆炸噴出的高溫絕緣油灑落在地面，引起地面可燃物燃燒，容易引發火災事故。

1.3 人身安全事故的威脅性

從現場情況及分析可以知道，本次220kV電纜頭爆炸的危險性是非常大的。當爆炸的瞬間，在電纜頭周圍50m以內的人員都有可能被爆炸碎片擊中而受傷，在23m范圍內，均可能被破碎的鋁合金底座碎片擊中而遭受重傷甚至死亡，所以在工廠等人員較為密集的場合，220kV電纜頭爆炸事故既是重大的設備事故，也是重大的未遂安全事故，其引發人身安全事故的潛在危險性是非常大的。

2 引起電纜戶外終端爆炸的原因分析

公司在電纜戶外終端頭發生爆炸事故后，及時將爆炸情況通報了電纜頭廠家及電纜生產廠家，并召開了現場事故調查、分析會，與會各方對電纜頭爆炸發生的各種可能原因進行了充分交流和探討。會議認為以下幾個方面都可能造成電纜頭在運行中發生事故：

（1）電纜質量，電纜絕緣層中存在輕微的氣孔、夾渣等質量瑕疵，在運行中產生不均勻局放。

（2）電纜頭自身存在質量缺陷。

（3）電纜頭用絕緣油存在輕微質量問題。

（4）電纜頭制作安裝過程中的質量問題，具體包括：一是現場環境因素，由于現場制作，現場環境中不容易控制的溫度、濕度、粉塵微粒以及操作人員汗水等原因使電纜頭絕緣或電纜頭用絕緣油等可能受到污染；二是電纜頭現場制作人員在現場操作過程中，可能造成對電纜絕緣層的微小損害。對絕緣層、絕緣屏蔽層、縱向阻水緩沖層 、皺紋鋁護套各層之間的尺寸配合及技術要求把握上是否準確。

3 事故處理

由于電纜頭爆炸事故發生在春節前幾天，因而最著急的是必須先恢復供電設備的正常，以保證春節期間公司的正常供電、保障公司春節期間正常生產；因此，在事故處理方面，主要開展了以下幾方面工作：

（1）查看事故相電纜長度是否夠長，能否繼續使用；經仔細檢查，該相電纜長度稍有短缺，由于電纜頭爆炸事故僅使電纜長度縮短4m左右，而電纜的質量未受到大的影響，可以繼續使用；經過對電纜頭的安裝位置進行調整：適當縮短了電纜長度，增加變壓器套管到電纜頭之間的裸導線長度，電纜長度短缺的問題也得以克服，因而決定利用原相電纜重新做電纜頭。

（2）對變壓器220kV進線套管受損處瓷裙進行了技術處理。

（3）請有資質的檢測單位對變壓器（連同套管）、變壓器油、進線避雷器等進行檢測，經測試，變壓器的技術參數、變壓油參數以及避雷器的技術參數等均符合相關規定。

（4）重新制作電纜頭。

電纜頭制作完成后，通過測試合格。在事故后一周內，就將1#動力變迅速恢復了正常運行，保證了春節期間的正常生產。

4 事故預防措施

由于220kV電纜頭爆炸的危害很大，不僅自身報廢，還可能因電纜頭爆炸而造成其附近變壓器、避雷器等設備或其部件的損壞，從而影響正常供電；更可怕的是，還可能造成人生傷亡事故。因而，對220kV電纜頭制作安裝過程及運行進行檢測、預防是非常必要的。電纜頭事故的預防措施，主要包括以下兩個方面：

（1）現場制作方面，電纜頭附件在現場安裝制作，雖然在很大程度上，電纜頭最終質量取決于附件的設計和生產質量，但更需要重視現場安裝質量。保證電纜頭現場安裝質量，要特別重視其現場安裝制作的環境條件，當環境條件不滿足安裝工藝要求時不應勉強施工作業；最好是搭建臨時工棚用以隔離塵埃、雨水、水汽等，并采取加熱、通風、排濕等措施以保持工棚內的溫度、濕度，使施工環境條件達到施工工藝條件要求，再進行施工；而安裝制作則必須由專門的、技術熟練的操作人員進行，且施工中的關鍵工序和尺寸應指定熟悉安裝工藝的專門人員負責監督和復核。

（2）具體到電纜頭運行的監測、預防措施而言，目前針對220kV電纜頭還沒有既可行又經濟的方法和手段。由于電纜頭本身的原因，現在比較適用的就是用紅外測溫設備進行定時測溫、記錄的方式，但由于紅外測溫設施本身的精度、人員操作誤差、環境溫度變化等各方面因素影響，根據測試結果很難得出正確的判斷，因而其作用是不太明顯的。

另外就是考慮采用遠紅外熱成像技術，對電纜頭的瓷套管應力錐處的溫升進行在線監測、成像、報警，是否經濟、可行，尚在探索中。