220kV電纜護層外絕緣損壞原因分析及處理措施

摘要：220kV等級的高壓電纜目前逐步成為電力系統的常見主設備，但是就220kV電纜運行維護的技術、經驗偏少，這與電纜的大范圍使用時間較短有關。文章分析了220kV電纜外層絕緣損壞的原因和影響，針對性地制定了處理方案并執行，從220kV電纜修復后運行經驗來看是很成功的一次缺陷處理，為高壓電纜維護提供了新的借鑒。

關鍵詞：220kV電纜；外護層；絕緣損壞；電纜修復；高壓電纜；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM246 文章編號：1009-2374（2016）14-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.033

1 缺陷概述

2012年12月某廠#2機組大修，某日該廠電氣維護人員對#2主變高壓側開關及220kV電纜進行預防性試驗，220kV電纜為XLPE絕緣、單芯、鋁護套、中間無接頭。在進行C相電纜護層絕緣電阻試驗時，發現絕緣表試驗電壓無法升至500V設定電壓值，電壓數值顯示為72V左右，據此判斷C相電纜外護層絕緣存在損傷，試驗數據如表1所示：

2 缺陷查找

為查清C相電纜試驗不合格原因，試驗后電氣維護人員立即組織對該電纜進行全線檢查，除空壓機房段電纜溝存在20cm深積水需要抽水檢查外，其他段電纜檢查未發現異常。12月26日上午，積水抽至10cm左右再無法抽干，進去檢查發現#2機組220kV電纜在轉角處存在電纜護層絕緣損壞現象，C相電纜緊挨著鐵質尖角，具體如圖1所示：

在將C相電纜挪動離開尖角后，立即用500V試驗電壓測試C相電纜護層絕緣電阻值立即達到十幾MΩ。

為進一步了解該電纜絕緣情況，再次組織對電纜進行預防性試驗，確認缺陷具體情況，試驗結果見表2：

通過試驗，基本判斷缺陷位置就是目前發現的地方，電纜護套外絕緣其他位置基本沒有損失，主絕緣情況良好。

3 缺陷原因分析

在發現電纜缺陷位置后，對電纜主絕緣進行了絕緣電阻試驗和放電時間常數試驗，試驗情況見表2，試驗結果表明電纜主絕緣暫時未發現異常。就電纜發生護層絕緣損壞，分析產生原因主要有以下四點：

3.1 220kV電纜溝積水降低了電纜運行安全系數

該處位置電纜溝較其他位置低，而附近的排水溝的高度也較電纜溝高，因此雨水都會在此處淤積而無法排除，但積水并不會直接損壞外護層絕緣。

3.2 支架尖角受力刺穿電纜外護層絕緣

220kV電纜敷設時需要不斷轉彎以適應電纜溝的路徑，也就有應力留存。且電纜運行時，特別是在負荷變化較大時在電纜內部存在一個充電過程，會在護層上感應出較高的電壓，同時對電纜本身也會產生一個較大的電動力。應力以及電動力作用下使電纜發生移動，這一點在現場能得到證實，很多用來防止電纜位移的固定卡環被電纜拉扯的變形，有的甚至迸脫，且有發現轉角位置的電纜支架甚至扭曲變形。C相電纜外護層之前絕緣情況良好，在應力以及電動力作用下，C相電纜與圖1所示的鐵質支架尖角發生擠壓，最后鐵質尖角刺穿電纜外護層絕緣層，破壞了此處的絕緣，鐵質尖角與鋁護套可能已經接觸。

3.3 電纜運行情況下護層與鐵質尖角之間放電

在機組啟、停時，受負荷電流的大幅波動在220kV電纜護層感應出較高的電壓，C相電纜的外護層絕緣已經被破壞，此時護層電壓擊穿此處絕緣薄弱地方，對鐵質尖端放電。電弧的高溫不斷破壞C相電纜的外護層絕緣。這是電纜損壞的開始。

3.4 潮濕環境下護層開始沿著水面放電

由于該處電纜溝位置較低，容易積水，積水位置雖然沒有淹沒電纜，但是比較靠近#2機組220kV電纜的底部。C相電纜存在絕緣損壞現象后，在積水較多的季節開始對電纜溝內的積水放電，電弧沒有固定的路徑，因此放電電弧不斷損壞電纜底部的絕緣，產生的高溫將電纜上部的絕緣烤干。同時產生的電弧會損壞緊挨著C相電纜的B相電纜外護層絕緣，B相電纜外護層絕緣損壞后同樣開始在積水較深期間對水放電，同樣的現象慢慢的擴散到A相電纜。這就是為什么在現場看到的電纜損壞情況，電纜底部的絕緣損壞比較多，而電纜上部絕緣只是脆化。

4 絕緣修復方案

經慎重考慮，電氣維護人員制定了220kV電纜絕緣損壞修復基本方案，就是采用絕緣材料修復外護套絕緣。該方案的前提來自于試驗數據的分析結果，從上述的電纜護層絕緣試驗值來說，可以判斷出這兩點：一是外護層絕緣的損壞位置只有目前發現的一處；二是電纜的主絕緣情況基本良好。修復方案分為五個步驟：

4.1 切除損壞的外護層絕緣

切除過程要注意不能用力過大，導致傷害內部波紋鋁護套表層，并注意外護層絕緣的切口位置要整齊、干凈，便于后續絕緣修復工藝。

4.2 清潔干凈波紋鋁護套

采取無損鋁護套的方式清潔表層，不能采用金屬工具剮蹭鋁護套表層，以免加重損傷情況。清潔后對整個裸露出來的鋁護套表層進行全面的檢查，發現有凹坑，深度很淺的情況下可以采取細砂紙、銼刀組合輕輕打磨后，將凹坑被打磨平，只要檢查鋁護套沒有貫穿性損失都可以直接修復外絕緣。且一般220kV等級的電纜波紋護套厚度達5mm，輕微凹坑不會影響到內部的主絕緣。一旦鋁護套有貫穿性損傷，則必須采取截斷-增加電纜中間接頭的修復方式。清潔后還要采取絕緣電阻試驗方式，確保切割損傷外護套后的外護套絕緣情況良好。

4.3 在鋁護套外采用絕緣帶材纏繞

絕緣帶材的型號、絕緣等級必須征得生產廠家同意，整齊、細致地纏繞數層后，再用放水帶材纏繞數層，最后加熱拉鏈式熱縮絕緣護套。特別需要注意的是，要做好外護套絕緣兩端接口處的防水工作，可以采取在電纜接近熱縮套兩端的位置設置兩層防水帶，類似堤壩將電纜運行中的潮氣、雨水擋在外部，最后再用熱縮絕緣護套熱縮保護。

4.4 修復完成后進行絕緣電阻試驗

通過后對外護套絕緣采取絕緣耐壓試驗，試驗電壓參考制造廠家意見進行。

4.5 試驗合格后電纜空載運行觀察情況

試驗合格后將電纜空載運行24小時觀察情況，包括檢查空載期間的發熱量、表皮、泄露電流值等，均無異常后可以帶負荷正常運行。

某公司此次電纜外護套絕緣修復后對三相電纜護套外絕緣進行試驗，直流耐壓試驗電壓按照制造廠要求采取2500V電壓試驗，試驗數據見表3：

試驗后#2主變受電，220kV電纜開始空載運行。空載期間，對220kV電纜特別是修復位置進行紅外成像測溫觀察，測溫未發現異常，并針對#2機組220kV電纜護套泄露電流進行測量，3相電纜外護層的泄露電流值均在3.5A左右，小于電纜當前空載電流值的10%。空載24小時期間一切正常，溫度、護套接地電流沒有變化。

空載后電纜開始帶負荷電流運行。再次測量電纜護套泄露電流值，3相電纜外護層的泄露電流值均在3.6A左右，小于電纜當前負荷電流值的10%。

220kV電纜護套外絕緣修復工作基本完成，修復后電纜運行總體情況良好。

5 防范措施

通過對#2機組絕緣損壞電纜原因的深入分析，針對潛在的風險必須要采取的技術防范措施如下：（1）由于電纜溝的直角轉彎點太多，電纜在電動力影響下極易與電纜支架的邊緣發生擠壓，長期運行下受力擠壓位置就會再次發生#2機組220kV電纜此次發生的外絕緣損壞事件，因此有必要盡可能將電纜與支架之間用厚膠墊隔開并定期檢查，防止膠墊脫落電纜擠壓支架；（2）電纜支架為鐵質角鐵支架，鐵質表面雖然進行了熱鍍鋅處理，但是長期運行還是會銹蝕、損壞。要做好防電纜支架傾倒的事情發生，及早進行電纜支架的加固、更換工作；（3）日常維護中對電纜主絕緣及護套絕緣進行的絕緣電阻試驗要低電壓、短時，因為絕緣電阻測量試驗、直流耐壓試驗屬于直流電源，電荷會積累在固體絕緣內而無法通過接地放電完全泄入大地中，造成電荷積累，積累的電荷會加速絕緣老化等產生一系列對電纜的不利影響。

6 結語

220kV等級的高壓電纜目前逐步成為電力系統的常見主設備，但是就220kV電纜運行維護的技術、經驗偏少，這與電纜的大范圍使用時間較短有關，通過總結出現的電纜缺陷及處理經驗，能夠對后期的220kV電纜選型、安裝、運行檢測、缺陷處理提供良好的指導意見。

作者簡介：唐嘉宏，男，湖南郴州人，廣東惠州天然氣發電有限公司電氣工程師，研究方向：發電企業電氣設備維護。

（責任編輯：王 波）