核電廠高壓電纜絕緣擊穿處理過程及原因分析

賴澤彬，羅鎮(zhèn)城，張水龍，吳文軒，林紹斌

（中核國電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

電力電纜GIS（Gas Insulated Switchgear，氣體絕緣開關）終端用于電力電纜與GIS 設備的連接用。一般用于110 kV 及以上電壓等級，35 kV 及以下電壓等級不采用，因為35 kV 電壓等級沒有GIS 設備，所以就沒有35 kV 及以下電壓等級的電力電纜GIS 終端。

電力電纜GIS 終端，外面是環(huán)氧絕緣套，環(huán)氧絕緣套里面是處理好的電纜及電纜應力錐，環(huán)氧絕緣套安裝在GIS 設備的套筒里，環(huán)氧絕緣套與GIS 套筒之間的空間里充滿了SF6（六氟化硫）氣體用于增強絕緣，一般內外是完全隔離的（極少部分內外是通路）。環(huán)氧絕緣套頂部是導電觸頭，目的是將電纜線芯導體與GIS 設備母線導體在電氣上進行連通。如圖1 所示，電力電纜GIS 終端用于連接高壓電纜與變壓器設備或者高壓電纜與GIS 設備。

圖1 電力電纜GIS 終端

1 某核電廠室外220 kV 電纜終端擊穿事件描述

某核電廠2019 年12 月8 日09：17，1#、2#主控觸發(fā)6.6 kV 母線9LGR001TB 開關柜故障、1LGB/2LGC 母線開關柜故障、慢切裝置閉鎖報警，1#輔變跳閘。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1#輔變高壓側220 kV 電纜終端C 相損壞嚴重，需重新制作新電纜終端。圖2為此次發(fā)生絕緣擊穿的電纜終端。

圖2 絕緣擊穿的電纜終端

2 220 kV 電纜終端擊穿原因分析及處理過程

2.1 事件處理

由電氣廠家進行此次電纜終端接頭的制作。此次電纜終端頭的制作，前期準備2 d，現(xiàn)場制作耗時1 d，電纜終端頭與GIS 設備之間的連接耗時1 d，于2019 年12 月12 日7時完成送電，目前運行良好。

此次故障處理大致分為5 個步驟：

（1）破開C 相電纜封堵，核實電纜余量，打開電纜溝蓋板，將電纜整體向輔變側移動，留有足夠余量進行新電纜終端頭制作。

（2）查找電纜擊穿點，將擊穿點以上的電纜截掉，圖3為截下的電纜和擊穿點。

圖3 截下的電纜和擊穿點

（3）電纜終端頭制作。主要工序：①電纜及護套切割；②金屬屏蔽層處理；③壓接電纜出線桿；④電纜絕緣層處理；⑤應力錐安裝；⑥導體密封；⑦最終裝配和充油。

（4）SF6氣體回充。用真空泵對氣室進行抽真空至133 Pa以下；停止抽真空，靜置3 h，要求3 h 壓力變化不大于133 Pa；再次進行抽真空，每個氣室抽0.5 h 以上；用微水測試儀對準備補充的新SF6氣體進行含水量測量，含水量低于10-4（100 ppm）才可使用；充氣前，使用新SF6氣體對充氣管道進行沖洗，排凈管道中的空氣；抽真空合格后的氣室進行SF6氣體回充，充至0.42 MPa；充氣結束后，對氣室閥門、連管處進行檢漏；檢漏無異常，靜置24 h；讀取氣室壓力，測量微水含量應低于2.5×10-4（250 ppm）；檢查確認各氣室閥門處于開啟狀態(tài)，自封接頭保護帽擰緊。

（5）電氣試驗。對變壓器高壓繞組進行繞組變形試驗；使用2500 V 兆歐表測量電纜主絕緣，時間1 min，測量完充分放電；解開過電壓保護器與外護套的金屬連接片，用1000 V 兆歐表測量過電壓保護器絕緣電阻，其值應＞10 MΩ；解開TD 廠房側電纜終端接地端子箱中的外護套接地線；用500 V 兆歐表分別測量A、B、C 三相電纜外護套的絕緣電阻，時間1 min，其值應＞0.1 MΩ；恢復外護套接地線以及過電壓保護器連接片。

2.2 原因分析

通常情況下，當電纜系統(tǒng)有故障發(fā)生后，故障的放電過程會毀損幾乎全部的原始證據(jù)，往往導致很難給出唯一或者精確的原因，本案例亦不例外。但結合故障現(xiàn)場情況以及綜合考慮產品的設計及其原理，分析本次故障可能是以下一些因素造成，也可能是多種因素綜合造成：

（1）環(huán)境溫度低。環(huán)境溫度短期內變化大，線路負載低，導致終端內部的油壓很不穩(wěn)定，甚至可能產生偏高的負壓，從而在某些高電場區(qū)域產生微小的氣隙，在高電壓作用下可能激發(fā)局部放電，不斷發(fā)展后最終產生擊穿故障。

（2）產品在使用接近10 年后出現(xiàn)一定程度的老化，其綜合性能會有一定下降，不排除在惡劣的工況下某些薄弱區(qū)域激發(fā)放電，并最終導致故障。

（3）為避免不必要的爭端，高壓電纜系統(tǒng)行業(yè)內約定成俗地認為電纜終端內部的故障，電纜制造廠一般不會對此擔負相關責任。但本次故障的擊穿點位于高電場應力錐區(qū)域的上方，雖然可能性較低，但理論上不完全排除電纜自身的原因。

（4）雖然可能性不高，但不完全排除該電纜終端安裝時在擊穿通道區(qū)域留有污染物或損傷，長期運行下累積放電并發(fā)展成故障。GIS 終端一般也叫戶內終端，這類終端的主要應用場合在戶內。但由于福清核電的GIS 放置于戶外，其配套的GIS 電纜終端工況屬于相對惡劣的情況，在極端情況下有一定的可能性會導致故障。

3 結束語

此次電纜終端頭的制作，前期準備兩天，主要涉及密封圈的準備、與廠家核實材料是否齊全、人員出入證的辦理和動火證和臨時用電申請等流程；現(xiàn)場制作耗時1 d，需要做好現(xiàn)場人員的管理，現(xiàn)場制作環(huán)境應該盡可能干凈，配合好廠家進行電纜頭制作，現(xiàn)場遵守好規(guī)章制度，注意用火安全；電纜終端頭與GIS 設備之間的連接耗時1 d，現(xiàn)場應協(xié)調好電纜頭制作廠家、GIS 廠家的配合，做到分工明確，高效率作業(yè)，承包商做好配合工作，于2019 年12 月12 日7 時完成送電，目前運行良好。

考慮到核電相關產品的高可靠性要求，結合已經發(fā)生一次故障的現(xiàn)實，某核電廠后續(xù)可能對這批次產品進行升級改造，將油浸式電纜終端頭更換成干式GIS 終端產品以消除可能存在的安全隱患；在條件允許的情況下，可對當前的電纜回路進行在線局放測量，根據(jù)在線檢測結果進行更有針對性的評估或者定期進行局放測量檢查。