龍口水電站10 kV電纜絕緣擊穿事故分析及防范措施

趙國棟 張春龍

摘要：針對龍口水電站一起由10 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜終端頭絕緣擊穿引起發(fā)電機停機解列的事故案例，對故障電纜進行解剖，分析原因并提出了相應(yīng)的防范措施，以減少類似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜;終端頭;絕緣擊穿;事故停機

0 ? ?引言

交聯(lián)聚乙烯（XLPE絕緣）電纜結(jié)構(gòu)簡單、電氣性能和耐熱性能穩(wěn)定、抗腐蝕、機械強度高、傳輸容量較大、易于彎曲、附件接頭簡單、安裝敷設(shè)方便，具有聚氯乙烯（PVC絕緣）電纜無法比擬的優(yōu)點。因此，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜廣泛應(yīng)用于交流50 Hz、額定電壓6～35 kV的輸配電線路，主要功能是輸送電能。但是，在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜附件選用、安裝和電纜頭制作過程中，由于制作工藝不規(guī)范造成的電纜頭絕緣擊穿事故時有發(fā)生，影響了電力系統(tǒng)的供電可靠性。

本文就龍口水電站發(fā)生的一起10.5 kV配電系統(tǒng)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜終端頭絕緣擊穿引起發(fā)電機事故停機故障進行剖析，查找原因，制定防范措施，規(guī)范電力電纜終端頭施工工藝，以保障供電的可靠性。

1 ? ?事故經(jīng)過

2017-04-01T09：56：07，龍口水電站5號發(fā)電機縱差保護動作，跳機組滅磁開關(guān)、跳機組出口805開關(guān)，機組監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行事故停機流程后停機。事故前接線方式如圖1所示。

2 ? ?原因查找

查閱5號發(fā)電機保護裝置故障記錄文件，顯示5號發(fā)電機故障初始階段為B相單相接地，隨后發(fā)展成A、B相間短路，經(jīng)過15 ms故障快速發(fā)展成A、B、C三相短路，發(fā)電機差動保護正確動作。結(jié)合勵磁變高壓側(cè)三相電流波形分析，判斷故障點在勵磁變高壓側(cè)區(qū)域。

去現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)5號機機壓配電室內(nèi)有大量濃煙，并有焦糊味;5號發(fā)電機勵磁變5TSH配電柜（5G8）后門變形，柜后兩側(cè)及底部有放電痕跡，部分螺栓有輕微燒損，如圖2所示。系統(tǒng)轉(zhuǎn)檢修后，打開5G8柜柜門進行檢查，發(fā)現(xiàn)5G8盤柜內(nèi)5號機組勵磁變高壓側(cè)電纜冷縮終端B相主絕緣擊穿對地放電，B相電纜對地絕緣電阻測試為0，A、C相對地絕緣正常。

3 ? ?事故搶修

事故原因確定后，迅速展開搶修工作。首先，根據(jù)該電纜敷設(shè)路徑及長度，將故障點以下20 cm切除。當(dāng)時庫存沒有10 kV電纜冷縮終端附件，于是由熱縮電纜終端替代原冷縮終端，重新制作電纜頭。同時，對5G8盤柜進行清理，對柜內(nèi)由于放電弧光造成燒損的二次線、螺栓進行了更換。從故障發(fā)生到設(shè)備重新投運共歷時22.5 h。

4 ? ?原因分析

4.1 ? ?直接原因

5G8柜內(nèi)5號機組勵磁變高壓電纜冷縮終端B相絕緣擊穿對地放電，產(chǎn)生的電弧引起弧光短路，發(fā)電機差動保護動作，造成5號發(fā)電機事故停機解列。

4.2 ? ?根本原因

5號機組勵磁變高壓電纜冷縮終端頭制作工藝不規(guī)范，內(nèi)部存在缺陷，長時間的局部放電造成電纜絕緣老化，最終導(dǎo)致電纜頭絕緣擊穿。

5 ? ?機理分析

如圖3所示，對故障電纜的終端頭拆開進行檢查，發(fā)現(xiàn)如下問題：

（1）半導(dǎo)體層切斷處斷口不平整、光滑，臺階處未做成坡形，導(dǎo)致半導(dǎo)體切口處電場畸變，容易發(fā)生放電。

（2）電纜主絕緣未打磨光滑，有半導(dǎo)體層殘留，且切口處可以觀察到刀痕，使電纜主絕緣下降，受傷處擊穿電壓下降，容易在薄弱處發(fā)生擊穿。

（3）半導(dǎo)體屏蔽層斷口處未加裝應(yīng)力管，導(dǎo)致斷口處的電場應(yīng)力（電力線）較集中，沒有有效改變斷口處的電場分布。

（4）半導(dǎo)體層外露尺寸超過制作要求，影響了電纜對地的爬電距離，對地泄漏電流增大，長期運行容易引起發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣逐步老化。

（5）半導(dǎo)體層劃傷，存在氣隙，氣隙處產(chǎn)生局部放電，雖然不會立即導(dǎo)致整個絕緣介質(zhì)的擊穿，但是氣隙內(nèi)部會逐步形成電“樹枝”，并向縱向發(fā)展，使得絕緣發(fā)生老化，直至發(fā)生絕緣電擊穿或熱擊穿。

6 ? ?防范措施

鑒于此次10 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜終端頭因施工工藝不規(guī)范而發(fā)生絕緣擊穿的事故，在以后的工作中，不僅要嚴把工藝關(guān)，還應(yīng)注意后期的維護和狀態(tài)監(jiān)測。對此提出以下防范措施和注意事項：

（1）電力電纜附件的質(zhì)量是決定整個電纜安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在，因此，在選取電纜及其附件時，要把好質(zhì)量關(guān)，絕對不能讓質(zhì)量存在問題的電纜設(shè)備應(yīng)用到工程中。

（2）加強電纜施工作業(yè)的過程管理。安裝過程中出現(xiàn)的問題很多都是現(xiàn)場管理上的問題，因此，在施工過程中，首先要嚴格管控工作人員的施工工藝和作業(yè)流程，其次施工前要編制相關(guān)的安裝標(biāo)準(zhǔn)和方案，最后就是對施工環(huán)境進行規(guī)劃，做好作業(yè)區(qū)域防水、防塵等保護措施。

（3）強化電纜頭的制作工藝。其實在眾多的電纜絕緣擊穿、電纜爆炸等事故中，大多是由于施工工藝不規(guī)范造成的，因此在電纜制作時要注意以下幾點：1）嚴格按照規(guī)范要求尺寸切剝電纜，且在切剝的過程中，不可傷及每一層的結(jié)構(gòu);2）銅屏蔽（外屏蔽）層要用附件中提供的專用不銹鋼箍帶扎好，斷口處不得產(chǎn)生毛刺或尖角;3）半導(dǎo)體斷面要有倒角，且表面平整、光滑，保證與主絕緣層平滑過渡;4）電纜主絕緣層上不得有半導(dǎo)體殘留和刀痕，必要時可用細砂紙進行打磨，最后用酒精濕巾擦拭干凈;5）主絕緣和半導(dǎo)體層切口處均要涂抹絕緣硅脂，用以填充氣隙和排除氣體。

（4）注重電纜投運后的維護和監(jiān)視。嚴格按照規(guī)程對電纜進行預(yù)防性試驗，掌握電纜的運行工況，另外采用紅外成像、紫外成像、局部放電測試等手段定期對電纜進行檢測，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行評估，預(yù)防事故的發(fā)生。

7 ? ?結(jié)語

電纜終端是電纜絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，是電纜故障的多發(fā)部位，因此要嚴格把控電纜頭的制作工藝，做好施工過程的跟蹤和管理，并對驗收環(huán)節(jié)的試驗進行現(xiàn)場見證，保證電纜的電氣性能達標(biāo);還應(yīng)利用紅外成像（發(fā)熱檢測）和紫外成像（放電檢測）定期對電纜進行檢測，了解設(shè)備的運行狀況，減少類似事故的發(fā)生。另外，事故發(fā)生時，電能的集中大量釋放會導(dǎo)致盤柜變形，若此時有人員與盤柜距離較近，可能造成人身傷害，這就證明了現(xiàn)場設(shè)定警戒區(qū)的必要性，即所有進入現(xiàn)場的人員，非因工作必需，不得進入黃色警戒線以內(nèi)。

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收稿日期：2020-07-27

作者簡介：趙國棟（1985—），男，山西代縣人，工程師，研究方向：電氣設(shè)備檢修和維護。