水電廠110kV電纜終端頭滲油分析及處理

華電福新廣州能源有限公司 王穎明 華電電力科學研究院有限公司 劉惠娟

部分電廠使用的是高壓充油電纜瓷套終端頭，充油電纜頭運行一定年限后,因垂直電纜兩端高低落差產生靜壓，會使絕緣油沿著芯線或鉛皮內壁流到電纜外部。如瓷套管內絕緣油流失嚴重會導致絕緣性能下降，嚴重影響該瓷套終端的安全運行,須盡快停電處理。

1 電纜故障現場檢查情況及原因分析

某水電廠110kV 出線電纜采用上海電纜廠生產的YJQ02型超凈化交聯聚乙烯絕緣，電纜采用鉛包護套和聚乙烯外護套，單芯、銅芯截面400mm2，單相長度221m。電纜終端頭采用美國Joslyn（喬世林）公司戶外充油終端頭。于1996年投運至今已運行25年，目前為熱備用狀態，檢查發現該電纜終端A 相下有滲油現象。當前電纜處于空載狀態（對側開關斷開），在電纜夾層處每天（24h）可見新油跡（圖1）。咨詢施工過美國Joslyn 公司電纜終端的電纜附件廠的工程師，介紹一般110kV 終端每相的充油量約15～20L，當前剩余油位情況不詳。由于電纜終端頭原廠家已無法聯系上，該公司已不再從事電纜終端頭生產業務，擬由國內電纜附件生產廠家進行處理。

圖1 夾層積油點和終端頭結構示意圖

該充油電纜頭已運行25年，密封底盤等處的膠墊絕緣密封材料隨運行年限的增長會出現老化，密封圈發生塑性變形或存在有雜質，且尾管密封不嚴導致滲漏油[1]。充油電纜頭在運行中，垂直電纜兩端高低落差使內部的絕緣油存在一定壓力，會使絕緣油沿著芯線或鉛皮內壁流到電纜外部[2]。當前電纜處于空載狀態（對側開關斷開），在電纜夾層處每天（24h）可見新油跡約7滴，分析在電纜帶負載或環境溫度變化時有加速滲漏的可能。后帶5MW 負荷試運行兩小時后漏油量明顯增加，大概為每小時六滴，分析為電纜帶負荷發熱后絕緣油溫度升高而膨脹導致漏油量加劇。

2 電纜故障處理方案

經廠內多次組織專家討論，最終確定由國內電纜附件生產廠家進行處理，并擬定四種方案：方案一。將電纜線路及其附件進行全部更換。優點：有效且徹底解決隱患，并使設備處于全新運行壽命周期狀態。缺點：投入大，工期略長；方案二。將電纜線路位移并全部更換兩側終端頭附件。優點：有效解決終端頭隱患。缺點：投入大，工期略長。老電纜在移動過程中可能造成損傷，存在耐壓試驗通不過的風險。電纜接近老化期，過5年需全部更換；方案三。將電纜A 相位移并更換A 相下終端頭。優點：不用購置電纜，工期短，費用低。缺點：老電纜在移動過程中可能造成損傷，存在耐壓試驗通不過的風險。三相電纜不一致，影響整體外觀。電纜接近老化期，過5年需全部更換；方案四。將A 相電纜截斷加中間接頭和更換A 相下終端頭。優點：不移動老電纜，風險相對較小。工期短，費用低。缺點：多一個電纜中間頭，增加一定安全風險；電纜接近老化期，過5年需全部更換。

四種方案投資分別為78.42、33.12、15.22、12.9萬元，工期分別為12、9、7、4天。從費用、工期及安全性等方面綜合考慮，為盡可能縮短工期、保證汛期發電，確定選用方案四。即繼續利用原電纜，將電纜A 相下終端頭拆除后，在110kV 開關站電纜層水平段處截斷裝設中間接頭，重新做A 相電纜下終端頭。

本方案優點是僅購置少量電纜，加上預留部分約15米左右，原舊電纜不用挪動，避免了挪動過程中的機械損傷；工期短，預計有效停電施工共4天（原A 相電纜下終端拆除、局部電纜拆除、新電纜敷設、固定1天，電纜終端頭中間頭附件制安2天，試驗及尾工1天）；費用相對較低。缺點是多一個電纜中間頭，增加了一定的安全風險，按電纜安裝規范，中間接頭和終端頭需間隔10米以上，后期加強對中間接頭運行中的巡視，紅外測溫等監控。

費用預算如下：電纜終端與電纜中間接頭各1只、各30000元，含配套材料和廠家施工；110kV1×400mm2交聯聚乙烯絕緣鋁波紋護套電纜購置15m、15000元，考慮到量少，單位長度運輸費用高；電纜拆、裝，終端頭處腳手架搭設等10×2人/天、3000元（單價150元，按每天工作8h 計算）；施工輔材1000元（防火堵料、鋼材、焊材等）；耐壓試驗50000元（請電科院開展），合價129000元。

3 電纜故障相關預防措施

廠區還有六根同型號電纜及電纜充油終端頭，為避免發生類似故障，應考慮以下幾方面防范措施：

高壓電纜終端頭長期在高油壓下運行25年、已達設計老化年限，雖暫時未見明顯滲漏油，但后期運行期間存在較大安全風險。為徹底解決該安全隱患，建議后期利用非汛期停電檢修時機更換所有老化電纜及終端頭，包括本次臨時處理的電纜；考慮到110kV 橡塑電纜及終端頭性能比充油式更穩定，適用于水電廠的運行環境，價格和充油電纜相當，排除污染嚴重地區，推薦后期更換選用橡塑電纜及終端頭；加強運行期間電纜及終端頭的紅外測溫，定期測量外護套屏蔽線接地電流，加強電纜運行期間巡視檢查，及時發現安全隱患。

電纜故障大部分集中在電纜附件,而導致電纜附件故障的主要原因是在安裝過程中由于工藝問題導致電纜附件存在絕緣缺陷。在電纜投入運行后，缺陷部位的電場集中十分嚴重，局部場強過高、易發生局部放電并最終導致電纜接頭擊穿，造成絕緣事故。當電纜接頭發生局部放電的瞬間會產生一個高頻的脈沖電流，該脈沖電流以導行波的形式沿電纜本體向遠處傳播，并通過中間接頭或終端接頭的接地線進入大地。建議后期更換新電纜后在電纜本體、中間接頭或終端頭的接地線上安裝高頻電流傳感器(HFCT)即可藕合到電纜局部放電脈沖電流。

利用脈沖電流法進行局部放電測量可實現電纜局部放電的離線(停電)和在線(帶電)檢測，對及時掌握電纜的絕緣狀態，合理制定維護、檢修及更換措施，提高電纜的安全運行水平具有重要的意義。整個檢測過程中無需任何電纜線路設備停電，可直接在運行電纜上安裝高頻電流傳感器檢測局部放電信號。運行中為便于定期檢測，可預先把高頻CT傳感器安裝在需檢測的電纜線路接頭終端上，并把信號線引出至端子箱，直接在現場進行局部放電的檢測，為后期的定期巡查檢測提供了極大方便。

綜上，從本次高壓充油電纜終端頭漏油故障處理可看出制造廠家絕緣工藝上存在安全隱患，其密封及絕緣老化問題值得注意，特別是油位實時監控、油質分析處理等無法在線開展，存在一定的安全風險隱患。應加強設備選型、安裝、交接和運行中存在薄弱環節的管理，及時排查安全隱患。高壓電纜運行中電纜接頭是最容易發生故障的地方[3]，加強對電纜運行中終端頭及中間接頭紅外成像測溫、屏蔽線接地電流測試、電纜接頭終端在線局放測試等。各項絕緣參數的在線監測是確保電纜安全運行的重要手段，特別是一些運行年限接近或超出廠家設計值的出現絕緣老化情況的高壓電纜，需通過各項參數測試綜合判斷電纜運行壽命，避免出現電纜燒損甚至故障范圍擴大的情況。