35kV電纜終端故障引起全站失電事故分析及處理措施研究

國網浙江江山市供電有限公司 上官宏暉

電纜的使用為電力建設的穩定發展提供了極大的幫助。電纜起到了輸電的作用，一旦電纜系統出現故障將會導致終端用戶無法正常使用電力能源，嚴重者還會造成配套電器的燒毀、火災等事故的發生，直接威脅到人們的生命財產安全。因此，如何提高電纜系統的系統穩定性，減少以及杜絕電纜和相關附件的故障，是供電企業不斷探索的方向和追求的目標。

1 某變電站35kV電纜終端事故經過

新疆某區變電站在2017年10月35kV的2號主變高壓側的隔離開關下的觸頭A相電纜終端發生絕緣擊穿事故，單相出現接地故障。具體現象為：在A相電纜終端上的絕緣擊穿了。隨著該事故的發生，大約4分鐘以后2號主變盤柜下倉的A相和B相支柱瓷絕緣子出現對地的相間短路，引發2號主變差動保護動作，并且雙側的高壓斷路器出現跳閘，最終造成整個電站出現斷電的事故發生[1]。該電站的作用為該地區的水源地提供電源，保證水的運輸等民生事業。事故發生之后對當地居民及企業用水造成極大不便，

2 35kV電纜終端故障引起全站失電事故原因分析

由于是電纜出現問題，最開始對電纜質量進行確認，查看電纜直流耐壓試驗的測試結果和終端接地電阻是否滿足規格，確認的結果是滿足要求；技術人員又對事故的現場進行詳細確認。為進一步分析電路的接地保護動作，建立了模型進行對故障發生原因進行探討：當A相電纜終端發生擊穿的故障造成了單相金屬性的接地動作，此時接地電流經過35kV全系統的對地電容電流。由于電流通過的接地點非常狹窄，在燃起時產生可電弧，并引起弧光過電壓，使得無故障相的對地電壓升高。

在出事故的電纜終端中總共有三根接相，最左端為C相，中間相為B相，在該兩相的支柱瓷絕緣子由于受到了被A相發熱影響、并從A相掉落下的已經碳化的絕緣層材料的污染，無形中就構建了一個放電通道，從而使得A相和B相產生了對地短路，并造成2號的主變差動保護動作和兩側的高壓斷路器發生了跳閘。

從保護的路徑以及相應的保護動作來看，是在有效動作內，無異常現象。技術人員的調查重點再一次回到電纜本身。該電纜于2006年開始正式投入使用，迄今為止已有將近11年使用時間，總體上由于電纜本身的設計問題導致故障發生的可能性微乎其微，推測與其使用的環境和工藝的實施可能存在的關系更多一些。

第一，電纜的半導體層和主絕緣層連接處大約為45°的一個斜面，由于半導體層在生產過程中沒有嚴格按照工藝操作要求進行且生產質量的管控缺失，使得主絕緣層和半導體層之間相銜接的地方出現了凹槽，并對主絕緣層和半導體層產生了損傷。當電纜在生產過程中進行熱縮的工藝操作時就會在凹槽的地方產生很多氣隙，因此造成了氣隙處的電場分布不均勻、電場堆積過大的問題[1]。當電流長期在這種情況下運行時就會一直有放電現象發生，并造成電纜的主絕緣性能不斷降低。

第二，通過對半導電層進行觀察，發現在半導電層的剝離邊緣處整邊有不光滑平整、切斷處也無纏繞半導體帶；在主絕緣的表面由于使用暴力剝離半導電層產生了大量的刮傷痕跡，此痕跡表明該主絕緣層的組織上已經受到了損傷。在后期雖有補救措施，比如對痕跡處進行外觀的打磨、拋光等，但由于主絕緣層本身屬于功能性部位且打磨的工藝比較簡單，仍無法有效去除表面的痕跡缺陷。

第三，電纜在安裝過程中由于形狀不當造成故障的發生。電纜內部導電部分為金屬成分，安裝電纜時若不是直線布線而是彎曲布線或交叉布線，會導致電纜內部的力產生很大的變化，尤其是在應力集中的地方產生了局部變形；當電纜的卡子卡住電纜線過緊時，會造成電纜的熱縮頭產生嚴重的變形，該變形處也為應力集中處；在安裝和固定電纜線時，由于半導電口距離電纜的固定鋼架位置比較近，在電流通過時會產生渦流。經過長時間的通電運行后不斷產生熱能并逐漸累積，絕緣層在這樣的環境中長時間后會慢慢發生老化現象。

第四，電纜終端處的諸多問題導致故障的發生。電纜的終端采用熱縮工藝，從2006年投入運行以來已運行了近11年，本身已產生了老化問題；在電纜安裝時，終端不能向電纜本身那樣做到較好的熱縮，而是在兩者相交的地方由于熱脹冷縮的原理會造成兩者之間形成一定的間隙。長時間的運行中，再加上電纜本身運行的環境，外界的灰塵等污染物通過間隙漸漸滲透到電纜內部，形成了爬電通道，造成絕緣擊穿的故障發生。

3 35kV電纜終端故障引起全站失電事故處理措施

對已老化的主變高壓電纜進行拆除并重新制作更換。按照驗收標準嚴格實施驗收程序，確保試驗以及結果滿足試驗規范。只有驗收合格之后才能將該電纜投入使用；由于2號主變盤柜下倉內的支柱瓷絕緣子已被污染，進行更換新品后，并對該區域進行仔細的清理和檢查。由于2號的故障點可能會影響到1號的電纜運行，且1號電纜由于和2號屬于同期建設，理應也存在電纜老化等一系列問題。因此，要制定科學合理的檢查方案對1號主變高壓電纜進行確認，包括性能測試、安全隱患的排查和清除，最終確保電纜以及整個系統的安全運行。

為防止由于電纜本身質量的問題帶來電纜性能下降而造成的一系列故障，要對電纜的式樣設計反復確認，借鑒過往設計的經驗并吸取事故的經驗教訓，提高電纜的設計水平。另外在生產制作過程中要嚴格按照電纜的技術要求規范，從原材料的購入到內部的工藝、組裝等都要嚴格按照標準執行，只有符合了工藝的要求才能滿足設計的要求；電纜終端在安裝時也要嚴格執行安裝工藝要求和規范。很多要求和規范也是在多次故障后總結出來的，具有非常實用的意義，必須要嚴格遵守，杜絕不按照操作規范帶來的安全隱患。

通過工藝的提升，優化產品的性能。由于35kV的電纜終端要求比較嚴格，可通過工藝改善來提高產品的品質。比如，較早之前受工藝技術影響采用的是熱縮工藝，由于熱脹冷縮的原理，帶來的弊端是造成了間隙。如果在常溫下或者使用冷縮工藝來制作電纜的終端，那么熱脹冷縮造成的間隙問題就不存在了，這也是提升性能的一種手段，確保電纜的終端能夠長期穩定的運行。目前有很多公司的電纜已采用冷縮工藝，在間隙方面的改善有了很大進步。

為了進一步提升電纜系統運行時的穩定性，根據所需電纜的最大截面積，若面積在400平方毫米以內則可采用三芯電纜[2]，它的優點在于相位角理論上是120°，通過電流時磁場平衡，故障率也會降低；采用紅外熱像儀對異常的電纜終端部位和電纜溝內的中間頭進行定期的檢查確認[3]。根據電纜頭的溫度變化來分析電纜內部具體的運行工況，及時發現異常并進行處理。該種方法雖然會消耗較多的人力和物力，但對于電纜頭的過熱缺陷檢查具有很好的預測作用，避免電纜在后續持續工作中出現故障而給整個電路帶來影響。