電纜頭擊穿導致全廠失電事故原因及防范措施

馮樂，陳飛虎，馬生偉，張軍峰

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

【環保與安全】

電纜頭擊穿導致全廠失電事故原因及防范措施

馮樂*，陳飛虎，馬生偉，張軍峰

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

整流；主變壓器；繼電保護；電力系統；備用電源

全面調查分析了一起主變35 kV電纜頭擊穿接地導致全廠失電事故，從日常維護管理、繼電保護、應急處置等各個方面分析了供電系統存在的對繼電保護裝置運行及維護管理不到位、繼電保護配置不完善、后備繼電保護配置不合理等不足，并提出了更換個別進線電纜、整改繼電保護、提高電氣運行人員應急處置能力、加強日常巡檢和維護工作等防范措施。

陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司PVC二分廠(以下簡稱“北元化工PVC二分廠”)作為集團公司110萬t/a聚氯乙烯項目的包裝區域，電力系統采用35 kV雙電源供電方式，化熱3526線路為常用電源。一路電源來自集團公司自備電廠35 kV母線，另一路電源來自附近的亞華熱電廠35 kV母線，分別為北亞3532、北亞3531線路，作為備用電源。兩路電源均安裝了無擾動自動切換裝置。當常用電源失電后，系統可以自動切換至備用電源供電。但本次事故就是在無擾動自動切換裝置將電源切換后，導致了北元化工PVC二分廠全廠失電事故。

1 事故經過

1.1 事故前電氣系統運行方式

北元化工PVC二分廠電氣主接線圖如圖1所示。化熱3526開關、1#主變3501開關、北亞Ⅱ3532開關處于運行狀態，1#主變帶10 kV的Ⅰ、Ⅱ段母線運行；北亞3531開關、2#主變3502開關、35 kV母聯3500開關處于熱備用狀態，35 kV無擾動自動切換裝置投入運行，2#主變熱備用。

圖1北元化工PVC二分廠電氣主接線圖

Fig.1DrawingofmainelectricalwiringatPVCNo.2BranchofBeiyuanChemical

1.2 事故過程

2017年5月16日5：48，北元化工PVC二分廠化熱3526進線失電，35 kV的Ⅰ段母線失電，35 kV進線無擾動自動切換裝置動作35 kV母聯開關3500合閘，全廠負荷由化熱3526線路切換至亞華熱電北亞3532線路運行；電網電壓波動，導致北元化工PVC二分廠部分設備跳停。5：50，電氣運行值班人員檢查發現：化熱3526開關處于分閘狀態，1#主變處于運行狀態，高壓側A相電纜頭處于放電狀態。5：52，電氣運行值班人員準備切換2#主變時，1#主變差動保護動作跳閘，同35 kV母聯開關3500速斷保護跳閘，導致北元化工PVC二分廠全廠失電，系統停車；又由于北元化工PVC二分廠1#主變A相電纜頭絕緣擊穿接地故障未及時切除，造成亞華熱電35 kV系統B、C相相電壓升高至線電壓，導致亞華熱電2#主變35 kV側電纜頭B相絕緣擊穿接地，引起2#主變差動保護跳閘、2#發電機停機。

2 事故原因分析

2.1 電纜頭故障原因分析

對電纜接頭解體檢查發現，故障點處于電纜頭應力管位置，表面存在明顯的燒穿孔洞。

依次除去金屬鎧裝層、絕緣層和銅屏蔽層，可以看到A相的主絕緣完全被擊穿，銅芯燒熔(該燒熔點應為故障的短路位置)。

根據故障電纜頭解體檢查情況，認為導致該熱縮式電纜頭擊穿的原因主要有以下3個方面。

(1) 制作電纜頭過程中應力管位置不對，應力管的作用就是疏散應力。

如果應力位置放錯，斷口處的應力得不到疏散，導致長期電纜頭運行過程中應力管與屏蔽層接觸不良，長期發熱放電燒壞電纜主絕緣，最終導致了電纜銅導線與屏蔽層短路。

(2) 電纜頭制作工藝粗糙。

在剝離屏蔽層、外半導電層時，未按照工藝標準的尺寸進行剝離，外半導電層和絕緣體末端未倒角，絕緣體表面有刀痕且未打磨光滑，硅脂未均勻涂抹在絕緣體表面等因素誘發電纜頭絕緣擊穿。

(3) 本地區晝夜溫差比較大，熱縮電纜附件不能和電纜的熱脹冷縮同步，導致電纜和附件之間存在間隙，為事故的發生埋下了隱患。

2.2 日常運行管理情況分析

(1) 北元化工PVC二分廠在2016年3月曾經發生過1#主變35 kV進線電纜頭絕緣擊穿事故，但是由于重視程度不夠，電纜頭制作工藝不良，未能徹底解決故障隱患，并且由于北元化工PVC二分廠電氣專業對1#主變35 kV進線電纜的日常巡檢和維護管理不到位，未及時發現電纜頭運行過程中存在的隱患。

(2) 北元化工PVC二分廠電氣專業事故應急處置方案不完善，電氣運行人員對事故應急處置方案也不熟悉，導致電氣運行值班人員在本次事故中應急處置措施不當。當運行人員發現1#主變電纜頭絕緣擊穿放電時，正確的處置措施應該是第一時間切除故障點，將1#主變及時停運，并及時投入2#主變運行。而本次事故中，電氣運行值班員卻預想先投入2#主變帶全廠負荷運行，確保全廠供電正常后，再停運1#主變，導致了1#主變電纜頭單相擊穿接地故障發展擴大為兩相弧光短路故障，造成了事故的進一步擴大。如果此次事故再進一步擴大，就有可能燒毀1#主變壓器，那就更加得不償失了。

2.3 繼電保護方面情況分析

(1) 北元化工PVC二分廠對繼電保護裝置運行及維護管理不到位，1#主變差動保護不滿足靈敏性和可靠性要求，在出現1#主變35 kV A相電纜頭絕緣擊穿接地故障后，不能夠快速可靠地動作，斷開主變高、低壓側開關，將1#主變進行隔離，導致1#主變35 kV電源切換至備用電源北亞3532線路后，主變繼續運行，電纜頭擊穿接地故障仍然存在，并進一步擴大；同時，造成亞華熱電廠35 kV系統接地。

(2) 繼電保護配置不完善，北元自備電廠化熱3526線路出線開關配置了零序電流保護，而北元化工PVC二分廠1#主變35 kV進線開關未配置零序電流保護。

當1#主變35 kV進線A相電纜頭擊穿接地，系統存在零序電流時，1#主變35 kV進線3501開關未能跳閘，而化熱3526線路開關零序電流保護首先動作跳閘，導致北元化工PVC二分廠35 kV供電3526線路電源側失電，35 kV無擾動自動切換裝置啟動，將電源切換至亞華熱電北亞3532備用電源供電后，1#主變帶故障點繼續運行。

(3) 檢查發現1#主變升高后，后備繼電保護配置不合理，過流I段保護未投入。所以，當1#主變35 kV進線A相電纜頭擊穿接地故障發展為短路故障時，1#主變升高后，后備3501開關未動作跳閘，最終導致35 kV母聯開關3500速斷保護動作跳閘。

3 防范措施[1]

3.1 更換個別進線電纜，確保電纜頭制作工藝良好

更換1#主變35 kV 進線電纜，采購質量較好的電纜頭附件，并確保電纜頭制作工藝良好。

1#主變35 kV 進線電纜使用年限較長，絕緣材料可能受潮，并且連續出現兩次擊穿故障，其銅屏蔽層導電性能下降。因此，更換電纜后，須重新使用質量較好的電纜頭附件，并在確保制作工藝良好的情況下，方可徹底解決電纜頭擊穿故障隱患。

3.2 整改繼電保護，確保繼電保護可靠動作

(1) 重新整定1#主變差動保護定值，并投入1#主變過流I段保護，確保1#主變差動保護和過流I段保護可靠動作。

(2) 給1#主變35 kV進線配置零序電流保護。

(3) 定期做繼電保護試驗，確保各項保護動作靈敏可靠。

3.3 提高電氣運行人員應急處置能力

將35 kV無擾動自動切換裝置暫時退出運行，完善全廠失電事故應急處置方案，提高電氣運行人員應急處置能力。

(1) 當北元化工自備電廠化熱3526電源側失電，導致北元化工PVC二分廠全廠失電，并且1#主變及其負荷側沒有故障時，手動合上35 kV母聯開關3500，將北亞3532或北亞3531備用電源投入，帶1#主變運行。

(2) 當北元化工PVC二分廠35 kV的Ⅰ段母線或主變故障，導致其全廠失電后，應及時投入2#主變，帶全廠負荷運行。嚴禁合35 kV母聯開關3500，將備用電源再次投入到故障點運行。

3.4 加強日常巡檢和維護工作

加強對電纜頭的運行和維護管理。

(1)利用紅外成像檢測儀定期測量電纜頭運行溫度，并與同期數據進行比對，發現溫度變化時，及時跟蹤處理。

(2)運行人員在巡視過程中應該重點檢查電纜頭各相間及相對地是否發現電暈及是否聽到放電聲。發現隱患，應及時處理，提高電纜頭安全運行檢測水平，以防同類事故再次發生。

4 結語

目前我國110 kV及以上的系統中性點采取直接接地；而35 kV及以下的系統為了保障供電的可靠性，中性點經常采取不接地方式。當電纜線路發生擊穿接地時，不構成短路回路，接地相電流較小，利用繼電保護很難實現自動切除這類故障，經常會因為電纜接地故障繼而引發電纜著火事故。其實，在電纜使用較多、系統容性電流大的35 kV電力系統中，可以采取中性點經電阻接地方式，并給電纜線路配置零序電流保護，以檢測和預防電纜擊穿接地故障。這將大大提高電纜線路的運行水平。

[1] 丁丁，瞿衛東，陸忠心，等.一起35 kV變電站中性點空氣擊穿事故分析與防范措施[J].陜西電力,2014,42(7)：80-82.

Causesofentirefactorypowerfailurecausedbycableheadbreakdownandpreventivemeasures

FENGYue,CHENFeihu,MAShengwei,ZHANGJunfeng

(Shaanxi Beiyuan Chemical Industry Group Co., Ltd., Yulin 719319, China)

rectifier; main transformer; relay protection; power system; standby power supply

A 35-kV cable head of main transformer broke down and grounded, leading to an accident of entire factory power failure. The accident was investigated and analyzed thoroughly. The power supply system was analyzed from the aspects of routine maintenance management, relay protection, emergency disposal, etc., and was found to have such shortcomings as inadequate running and maintenance of relay protection device, imperfect configuration of relay protection, and unreasonable configuration of backup relay protection. Preventive measures were proposed, including replacement of individual incoming cables, upgrade of relay protection, improvement in electrical operators’ emergency response ability, reinforcement of routine inspection and maintenance.

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馮樂(1985—)，男，電氣工程師，2009年畢業于榆林學院電氣工程及其自動化專業，現任陜西北元化工集團有限公司生產技術部電氣管理專員，負責熱電、化工、水泥、電石等4個分、子公司電力系統的運行、維護、改造等監管工作。

2017-08-18

X781.2

B

1008-133X(2017)09-0035-03

[編輯：費紅麗]