變電所高壓電纜隱患分析與治理

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇連云港 222042)

1 隱患現(xiàn)狀

連云港堿業(yè)有限公司主6 kV變電所至輔助裝置變電所Ⅰ、Ⅱ段進(jìn)線電纜，6 kV變電所至生產(chǎn)裝置變電所Ⅲ段進(jìn)線電纜，1#、2#石灰變壓器，1#～6#循環(huán)水泵，1#、2#煅燒變壓器，1#、2#儲(chǔ)運(yùn)變壓器，1#、2#成品變壓器,南門(mén)變壓器，1#、2#輸化鹽變壓器等，使用的高壓電纜型號(hào)為：YJLV22-3.6/6。6 kV輔助裝置變電所是化工生產(chǎn)的樞紐變電所，正常采用兩段母線分段運(yùn)行方式，分別向空壓站、壓濾裝置、循環(huán)水系統(tǒng)、鈣廠裝置、機(jī)修電修、辦公大樓等設(shè)施提供電源。因近幾年產(chǎn)能提升、設(shè)備增加、輔助裝置變電所的負(fù)荷逐年增加，兩段電源不能互備。一旦發(fā)生故障只有減產(chǎn)或停產(chǎn)待修，將給我廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。自投運(yùn)以來(lái)已經(jīng)運(yùn)行32年，期間因電纜絕緣故障，多次發(fā)生事故，影響我廠電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。經(jīng)分析上述電纜存在以下安全隱患：

1.1 電纜絕緣屏蔽層存在缺陷

通過(guò)對(duì)故障電纜的解剖分析，發(fā)現(xiàn)故障電纜的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層和絕緣層被纏繞包扎，部分半導(dǎo)體絕緣屏蔽層和絕緣層分離，并且外部水分直接進(jìn)入間隙，到達(dá)屏蔽層和絕緣層之間，導(dǎo)致嚴(yán)重的水樹(shù)枝，是導(dǎo)致故障的主要原因。

“水樹(shù)枝”現(xiàn)象一般是由于線芯進(jìn)水，或者交聯(lián)絕緣有水，以及電纜與水相接觸，產(chǎn)生水樹(shù)枝。物理特征：水樹(shù)枝有反復(fù)出現(xiàn)的特征，比如受熱的情況會(huì)消失，而與水接觸又會(huì)出現(xiàn)的特點(diǎn)。電氣性能：水樹(shù)枝發(fā)生的條件有兩個(gè)：水和電場(chǎng)。在低電場(chǎng)的情況下就可以發(fā)生，而且不會(huì)有局部放電的現(xiàn)象發(fā)生，所以很難檢測(cè)。化學(xué)特性：水樹(shù)枝會(huì)導(dǎo)致絕緣電阻下降，介質(zhì)損耗增加。從而導(dǎo)致電性能和物理機(jī)械性能下降。

上述電纜的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層材料存在缺陷，不符合國(guó)標(biāo)GB/T 12706.2-2008《額定電壓1 kV(Um=1.2kV)到35 kV(Um=40.5 kV)擠包絕緣電力電纜及附件第2部分：額定電壓6 kV(Um=7.2 kV)到30 kV(Um=36 kV)電纜》第7.1條之規(guī)定：導(dǎo)體屏蔽應(yīng)是非金屬的，由擠包的半導(dǎo)電料或在導(dǎo)體上先包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電料組成，擠包的半導(dǎo)電料應(yīng)和絕緣緊密結(jié)合。

1.2 電纜絕緣水平較低

小電流接地系統(tǒng)是指中性點(diǎn)未通過(guò)消弧線圈系統(tǒng)接地或不接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于不能構(gòu)成短路電路，接地電流往往遠(yuǎn)小于負(fù)荷電流。這種系統(tǒng)通常用于一般的66 kV及以下系統(tǒng)。

當(dāng)在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電容形成的電容電流非常小，而整個(gè)系統(tǒng)的中性電壓則發(fā)生了偏移(偏移程度取決于接地故障的程度)而中性點(diǎn)對(duì)地電壓即完全金屬性短路，電壓上升到相電壓，未接地相的對(duì)地電壓也上升(金屬性短路上升到線電壓)，但相對(duì)中性點(diǎn)電壓和相間的線電壓保持不變，所以整個(gè)系統(tǒng)可以保持，但由于電壓上升，是由整個(gè)系統(tǒng)對(duì)地的絕緣好壞決定的，所以在絕緣損壞之前，最好及時(shí)消除故障，不要在這樣的狀態(tài)下運(yùn)行很久。

我廠電力系統(tǒng)是6 kV小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)(圖1)，相電壓將升高至線電壓達(dá)到6.3 kV，且運(yùn)行時(shí)間超過(guò)1 h。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JBT8996-1999《高壓電纜選擇導(dǎo)則》第 4.2 B類(lèi)：該類(lèi)僅包括單相接地故障短時(shí)運(yùn)行的系統(tǒng)，接地時(shí)間一般不超過(guò)1 h，但如果符合有關(guān)電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，則允許運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間。我廠上述電纜絕緣水平較低，相電壓只有3.6 kV,當(dāng)發(fā)生單相接地故障引起電壓上升時(shí)，無(wú)法較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，需立即停電，以防引起故障擴(kuò)大。

圖1 發(fā)生單相接地故障

1.3 電纜終端頭材料和制作工藝不符合國(guó)標(biāo)

原電纜終端頭使用絕緣膠帶采用干包式工藝制作，不符合國(guó)標(biāo)GB/T11033.2-1989《額定電壓26～35kV及以下電力電纜附件基本技術(shù)要求電纜終端頭》第 2.2條： 電纜終端頭按其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不同分為三類(lèi)，各類(lèi)終端的劃分原則如下：一類(lèi)終端頭：高壓極與接地極之間以無(wú)機(jī)材料作為外絕緣，并具有容納絕緣澆注劑的防潮密封盒體的終端頭。二類(lèi)終端頭：具有容納絕緣澆注劑的防潮密封盒體的終端頭。三類(lèi)終端頭：以高分子材料制作的終端頭，包括現(xiàn)場(chǎng)制作的和工廠預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)裝配的終端。第2.3條：戶(hù)內(nèi)電纜終端可選用一類(lèi)、二類(lèi)或三類(lèi)終端，戶(hù)外端可選用一類(lèi)或三類(lèi)終端的規(guī)定。

干包式電纜頭防水性、耐久性、美觀度差，它只能敷設(shè)在開(kāi)放狀態(tài)，不能埋地敷設(shè)，安全性能差，接觸部位如接觸尖銳、外力的撞擊，可能造成傷口絕緣膠帶的損壞，造成漏電事故。

1.4 電纜橋架存在安全隱患

原電纜敷設(shè)路徑穿越石灰裝置區(qū)、鹽水裝置區(qū)、重堿裝置區(qū)，區(qū)域內(nèi)空氣腐蝕大，粉塵多。部分電纜橋架?chē)?yán)重銹蝕、支撐強(qiáng)度下降，出現(xiàn)傾斜，有坍塌的安全隱患。不符合國(guó)標(biāo)GB50168-2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》第4.2條的相關(guān)規(guī)定：4.2.1電纜支架的加工應(yīng)符合下列要求：①鋼材應(yīng)平直，無(wú)明顯扭曲。下料誤差應(yīng)在5 mm范圍內(nèi)，切口應(yīng)無(wú)卷邊、毛刺。②支架應(yīng)焊接牢固，無(wú)顯著變形。各橫撐間的垂直凈距與設(shè)計(jì)偏差不應(yīng)大于5 mm。③金屬電纜支架必須進(jìn)行防腐處理。位于濕熱、鹽霧以及有化學(xué)腐蝕地區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)作特殊的防腐處理。

2 治理技術(shù)方案

2.1 用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜替換現(xiàn)有的高壓電纜

新型交聯(lián)聚乙烯電纜的導(dǎo)體屏蔽層在生產(chǎn)過(guò)程中一次擠包成型，半導(dǎo)電料應(yīng)和絕緣材料能夠緊密結(jié)合(圖2)。因此可以避免絕緣屏蔽層存在安全隱患。

圖2 高壓電纜解剖圖

2.2 提高電纜額定電壓U0

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 12706.2-2008《額定電壓1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第2部分：額定電壓6 kV(Um=7.2 kV)到30 kV(Um=36 kV)電纜》第 4.1條之規(guī)定：U0-電纜設(shè)計(jì)用的導(dǎo)體對(duì)地或金屬屏蔽之間的額定工頻電壓。我廠電力系統(tǒng)屬于C類(lèi)系統(tǒng)，考慮到留有一定的絕緣余量建議U0定為8.7 kV為宜。

2.3 冷縮電纜頭取代現(xiàn)有的干包頭

冷縮電纜終端頭是由彈性體材料(常用的硅橡膠和乙丙橡膠)在工廠注塑硫化制成的部件，然后用塑料螺旋支撐進(jìn)行擴(kuò)展和襯里，形成的電纜附件。在現(xiàn)場(chǎng)安裝期間，這些預(yù)擴(kuò)張件套在處理過(guò)的電纜的端部或接頭處，并且提取內(nèi)部支撐的塑料螺旋條(支撐件)，并且通過(guò)將它們壓在電纜絕緣體上，形成電纜附件。因?yàn)樗Q于室溫下的彈性收縮力，而不是熱縮電纜附件的熱收縮率，所以俗稱(chēng)冷縮電纜附件。該冷縮電纜終端具有體積小，操作方便，快速，無(wú)需專(zhuān)用工具，適用范圍廣，產(chǎn)品規(guī)格少的優(yōu)點(diǎn)。與熱縮電纜附件相比，它不需要用火加熱，并且當(dāng)安裝后移動(dòng)或彎曲冷縮電纜附件時(shí)，附件內(nèi)部沒(méi)有脫落的危險(xiǎn)(因?yàn)槔淇s電纜的末端是靠彈性壓縮力壓緊的)。因此，建議將所有電纜升級(jí)為干包頭，制作冷縮電纜頭。

2.4 更新部分存在安全隱患的電纜橋架

對(duì)位于濕熱、鹽霧以及有化學(xué)腐蝕區(qū)域有安全隱患的電纜橋架，采用防腐型玻璃鋼橋架予以更換，部分電纜橋架路徑變更，以避開(kāi)化學(xué)腐蝕區(qū)域，確保電纜線路的安全運(yùn)行。

FRP(玻璃鋼)橋架是由FRP和阻燃劑等材料制成，采用復(fù)合模壓材料和不銹鋼屏蔽網(wǎng)壓制而成。 所選材料導(dǎo)熱系數(shù)低，添加的阻燃劑使產(chǎn)品不僅具有耐火、隔熱、自熄性，而且還具有高耐腐蝕性。 同時(shí)，它們還有結(jié)構(gòu)輕、耐老化、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。 它們可以方便地在金屬橋架，以及化學(xué)、冶金、石油和其他強(qiáng)腐蝕環(huán)境下使用。

3 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改造后，已消除連云港堿業(yè)有限公司電力系統(tǒng)安全方面的隱患。輔助裝置變電所兩段電源能夠互備，電力電纜的安全性能能滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和化工生產(chǎn)的要求，減少對(duì)化工生產(chǎn)的影響，具有良好的效益。