10 kV電纜頭絕緣擊穿事故原因及防范措施

寇云，馮樂

(陜西陜煤榆北煤業有限公司榆林信息化運維分公司，陜西 榆林 719319)

氯堿企業的用電負荷主要集中在10 kV系統，而在10 kV電力系統中電纜頭則是運行過程中較為薄弱的環節，某氯堿企業僅在兩個月內便連續發生了3起10 kV電纜頭絕緣擊穿事故。

1 3起10 kV電纜頭絕緣擊穿事故經過

3起10 kV電纜頭絕緣擊穿事故均發生在同一氯堿企業，事故經過如下述。

1.1 “3·17” 10 kV電纜頭絕緣擊穿事故

2019年3月17日，305變電站1#干式變壓器(變壓器容量為1 600 kV·A，額定電壓10/0.4 kV)本體10 kV電纜頭C相擊穿，與B相接線柱發生相間弧光短路故障，造成本站1#主變壓器高、低側開關及熱電分廠35 kV電源開關電流速斷保護同時動作跳閘，導致305變電站10 kVⅠ段母線失電，引起該企業B線整流、蒸發一、二期全部停車以及大部分區域停電事故。

1.2 “3·20”10 kV電纜頭絕緣擊穿事故

2019年3月20日，307變電站5#動力變本體10 kV A、C相電纜頭絕緣擊穿短路，5#動力變10 kV斷路器電流速斷保護動作跳閘，同時引起本站3#主變比率差動保護誤動作跳閘，造成3#主變所帶10 kVⅠ段母線失電，導致系統局部停車。

1.3 “4·3”10 kV電纜頭絕緣擊穿事故

2019年4月3日，307變電站12#空壓機電動機本體高壓電纜頭絕緣擊穿，造成A、C相短路引起12#空壓機電流速斷保護動作跳閘，10 kVⅡ段母線電壓暫降，同時導致10 kVⅡ段所帶的6臺動力變壓器0.4 kV母線因進線開關欠壓保護動作跳閘而失壓，造成6段低壓母線所帶設備全部失電跳閘，引發大面積停電事故。

2 3起事故暴露出的共同問題及整治措施

2.1 10 kV不接地系統繼電保護裝置靈敏性較差[1]

以上3起事故，都屬于不接地系統發生單相接地故障后導致的相間弧光短路擴大事故。雖然各變電站10 kV系統都配置了相應的小電流選線和消弧消諧裝置以及零序過電流保護，但是在事故發生后繼電保護裝置都未能準確可靠地動作或者報警，主要是因為10 kV不接地系統發生單相接地故障后，系統的接地電容電流較小，繼電保護裝置采集到的零序電流很難達到零序過電流保護的動作值；另外，系統配置的小電流選線裝置也不能夠準確選出故障線路，導致10 kV不接地系統發生單相接地故障后的故障查找工作難度極大。如果發生電纜單相接地故障后不能夠及時切除故障點，很容易在電網薄弱點誘發另一點接地，進而形成相間短路故障，導致故障擴大。電纜的絕緣擊穿故障大部分是由單相接地故障引起的。在10 kV不接地系統中發生單相接地故障時，雖然能不間斷供電,但也存在許多問題,特別是發生間歇性電弧接地時,接地相對地電壓可能升高到相電壓的2.5～3.5倍,極易引發電纜著火爆炸，進而導致發生短路故障[1]。鑒于10 kV電纜單相故障的頻繁發生容易引起大面積停電事故，氯堿企業應高度重視電氣繼電保護裝置靈敏性提升工作。對于接地電容電流小于10 A的10 kV不接地系統，須對小電流選線及消弧、消諧裝置進行優化改造，重新選擇使用選線準確率較高的產品。另外，對于接地電容電流大于10 A的10 kV不接地系統，建議將其改為經非線性電阻接地系統，利用高靈敏度的零序保護及時動作切除故障線路，使系統恢復正常。

2.2 電纜制作工藝及質量驗收缺少標準

導致電纜頭絕緣擊穿故障的關鍵因素是電纜頭的制作質量，而電纜頭制作人員的技術水平和制作態度直接決定了電纜頭的制作質量和使用壽命[2]。

雖然302變電站12#空壓機電動機本體高壓電纜頭是由電纜頭制造企業技術人員制作的，但是，僅使用1年就再次發生絕緣擊穿故障，同時也說明在驗貨時氯堿企業個別電氣人員未執行質量驗收標準，沒有控制施工質量。因此，氯堿企業應該培訓和提高企業內部電氣專業人員的技術水平。只有氯堿企業的運行和維護人員的專業技術過硬，才能控制并不斷提升電纜頭的制作質量，延長電纜頭的使用壽命。

2.3 電纜頭接線不規范

在電纜頭安裝過程中，接線人員往往會因為空間環境因素的影響而對電纜頭進行較大的彎曲和扭轉，從而造成電纜主絕緣機械性損傷。雖然耐壓試驗可以通過，卻大大縮短了電纜頭的使用壽命。因此，在電纜頭接線時，一方面要注意不能使其受力過大，另一方面也不能交叉接線或者使某相電纜與柜體外殼距離太近。

2.4 隱患風險的分析和整改

通過對307變電站連續發生的兩起電纜頭絕緣擊穿事故調查，發現該氯堿企業存在對電氣隱患風險分析不到位、整改不及時和不徹底的問題。

2019年3月20日，307變電站5#動力變10 kV電纜頭絕緣擊穿事故之前，雖然電氣巡檢人員已經發現了5#動力變本體10 kV電纜頭在運行過程中存在電暈及絕緣材料老化的現象，但因電氣人員對此隱患風險分析不到位，并沒有引起足夠的重視，未能及時消除隱患，最終引發大面積停電事故。

2019年4月3日，307變電站11#空壓機電動機本體10 kV高壓電纜頭絕緣擊穿短路，引起本段所帶的6臺動力變低壓開關欠壓保護動作的直接原因是低壓進線開關中的欠壓線圈未按照企業要求拆除，而拆除所有動力變低壓開關欠壓線圈的技術方案是在307變電站2018年發生同類事故時就已經明確規定的，卻由于工作任務落實不到位，整改不徹底，導致同類事故的再次發生。

因此，電氣專業必須要受到企業的重視，并要加強隱患的整改力度，以免在電力系統運行過程中，由于隱患整改不及時而導致同類電氣事故的重復發生。

3 10 kV電纜頭附件和制作工藝[2]

3.1 電纜附件產品類型的選擇

目前使用較多的中低壓電纜附件產品種類主要有熱收縮附件、預制式附件和冷縮式附件。熱收縮附件的主要優點是輕便、價格便宜，但是熱縮附件的零部件多，制作較麻煩，尤其加熱溫度、加熱均勻程度是制作成敗的關鍵，所以對制作人員的技術水平要求較高。熱收縮附件在制作和使用過程中，一定要保證應力管的電性參數達到標準方能可靠工作。

預制式附件的主要優點是材料性能優良，安裝簡便快捷，無須加熱即可安裝，使得界面性能得到較大改善，且其零部件較熱縮型略少，制作工藝較熱縮型稍簡單，但是對電纜絕緣層外徑尺寸要求較高、過盈量過小的電纜附件將會出現故障；過盈量過大，電纜附件安裝非常困難。特別是在中間接頭上的問題較為突出，安裝既不方便，又常常成為故障點。

與預制式附件相比，冷縮式附件的安裝更方便，只須在正確位置上抽出電纜附件內襯芯管即可安裝完工，對制作人員的技術水平要求不高，所使用的材料從機械強度上說比預制式附件更好，對電纜的絕緣層外徑尺寸要求也不是很高，只要電纜附件的內徑小于電纜絕緣外徑2 mm就完全能夠滿足要求。因此，冷縮式附件已成為中低壓以及高壓電纜采用的主要形式，其使用壽命可達到30年之久。

3.2 電纜端部主絕緣層制作和處理方法的選擇

在制作電纜終端頭時，電纜端部主絕緣層可以不用削成鉛筆頭形狀。如果電纜絕緣端部需要與接線金具之間包繞密封帶，通常將絕緣端部削成錐體，以保證包繞的密封帶與絕緣部分很好地粘合。

在制作中間接頭時，如果所使用的接頭為冷縮接頭時，絕緣端部無須削成鉛筆頭形狀。因為在冷縮電纜接頭內的中間部分都有一根屏蔽管，該屏蔽管只比連接管稍長，如果電纜絕緣削成錐體，錐體的根部將離開屏蔽管，連接管部分的空隙將不會被屏蔽，從而影響接頭的性能，造成接頭在中部擊穿。如果所使用的接頭為熱縮型，絕緣端部必須削成鉛筆頭形狀，即制成反應力錐，同時必須將錐面用砂帶拋光。錐面的長度遠大于絕緣端部直角邊的長度，因此沿著錐面的切向場強遠小于絕緣直角邊的切向場強，所以沿錐面擊穿的可能性大大降低，由此提高接頭的安全運行性能。