一起輔助變壓器母線電纜擊穿故障原因分析和故障處理

周凌波 李念飛 孫劍 聞會波

摘要：針對某核電站輔助變壓器低壓側母線電纜擊穿故障，對現場檢查和解體檢查情況進行綜合分析，低壓側母線電纜三相短路是由于電纜端接頭制造工藝的缺陷，導致端部電場畸變較大，產生局部電暈放電，加速電纜老化，最后導致C相電纜端接頭部主絕緣被擊穿，引起三相母排端部及支撐絕緣子處短路，最后導致電流保護動作，輔助變壓器退出運行，并提出了糾正行動。

關鍵詞：共箱母線;三相短路;半導電層;應力管;介電常數;間隙放電

1故障概況

主控室出現報警902AA，主控確認2#輔助變壓器已經跳閘。接現場電話2#輔助變壓器輕微冒煙，主控立即派出現場干預檢查，手動啟動消防水泵后投運2號輔變消防。現場觀察到端子排出現明火，輔變低壓側下降段有兩塊蓋板崩開冒煙。主控通知消防車到場，后續火情沒有發展，消防車沒有啟動噴槍。

電氣人員事后檢查KKO錄波儀，2號輔變6.6kV側過流保護動作，跳開2號輔變進線開關，切除短路故障。機組失去二分之一廠外安全電源。

2現場故障排查

2.1故障現象

根據2號輔變高壓側錄波信號分析，故障持續時間約1.06秒。故障期間，短路電流最大值達14.45A（二次有效值），換算到6.6kV側最大短路電流為28900A;持續短路電流約28000A。6.6kV過流保護整定定值為：10920A，延時1秒。

故障前兩個周波，輔變低壓側C相出現約36A的對地電容電流，表明C相此時可能存在對地放電現象。故障發生后的第一個周波，C相電流幅值最大。故障持續期間，因三相接地弧光電阻的不同，導致三相短路電流不平衡，出現零序電流[1]。

2.2故障排查

（1）三相對地短路故障區域在母線端部三相支撐絕緣子處，短路電弧使得三相瓷瓶不同程度損毀，端部蓋板對應三相母排處有電弧燒損痕跡，A相部位燒穿一個洞，該區域及四周有大量電弧熔融飛濺物，三相母排端部下角被電弧燒毀;（2）C相母排上1根電纜、A相母排上2根電纜主絕緣擊穿點都在金屬護套及半導體屏蔽接地處;（3）直流耐壓試驗后發生絕緣失效點仍然在金屬護套及半導體屏蔽接地處;（4）故障擊穿點都處于半導體屏蔽層切割斷口處，在故障點一周都不同程度存在黃色變色情況。

2.3采取緊急搶修

根據現場故障現象及初步分析，電氣持票對共箱母線中的母排進行了處理，更換損毀的三相瓷瓶及相關附件，切除故障電纜后，重新制作電纜端接頭并進行各項電氣試驗，確認輔變及母線電纜符合運行條件后，恢復2號輔變的正常運行。

3故障原因

從故障波形分析及故障電纜主絕緣擊穿的部位、特征情況看，電纜主絕緣降低導致主絕緣被擊穿是此次短路故障的引發點，而故障的直接原因是電纜的絕緣強度降低導致電纜擊穿而引起故障發上，造成電纜絕緣降低的因素有很多：（1）電纜的工作條件對電纜的絕緣強度的影響;（2）電纜所處的工作環境（如潮濕問題）對電纜的絕緣強度的影響;（3）電纜頭制作工藝及過程對電纜的強度和絕緣性能的影響。

針對以上三個可能因素分析如下：

（1）電纜的工作條件主要是指其通流電流和工作溫度，而工作溫度與其通流電流大小密切相關，由于電纜的結構，其散熱性較差，長時工作于過負荷狀態，會產生較高的工作溫度，從而會加速電纜絕緣的老化。該電纜工作負荷很小，正常情況下其工作電流不會超過規定值，故基本可以排除因工作條件對電纜的絕緣的不良影響;（2）電纜的工作環境，主要考慮水分滲入問題。據統計，水樹枝劣化所導致的絕緣擊穿，約占了接地故障的80%以上。本次的故障電纜處于輔變低壓側密封箱室內，且有干燥空氣進行吹掃，其工作環境應屬較理想狀態。

從電纜故障部位檢查狀況看，未發現水樹枝劣化情況，且剝開電纜外部護層，也未發現水痕跡，說明故障電纜密封狀況良好，此次電纜擊穿故障不是水樹枝劣化問題導致;（3）電纜頭的制作工藝及過程。電纜頭制作前，為了保證電纜接頭的質量，除了嚴格地選用材料，還必須嚴格遵守工藝規程和正確的剝切尺寸，在剝切過程中，除了按照正確的尺寸，還要注意切的力度，不然會在主絕緣表面留下較深的傷痕，影響主絕緣的長期安全運行[2]。

輔助變壓器系統使用的電纜結構圖1所示：

此次故障處理過程中，在處理電纜端部接頭時發現電纜端部主絕緣表面存在一些刀痕，在制作電纜終端頭切割、剝除金屬護套等外皮時會留下一些切割劃痕，如果控制不好，刀痕較深，且處于屏蔽層斷面部位，運行中會在刀痕處產生局部電暈放電，這些部位的黃色痕跡就是電暈放電的結果，受電暈放電的長期作用，最終會在這些部位發生絕緣擊穿。

加裝應力錐，改善該部位場強分布，正是應力錐的安裝工藝對此端部電場分布有著關鍵性影響。電纜終端接頭的電場分布比電纜絕緣層內的分布復雜得多。電場集中在靠近金屬護套邊緣的部位，并具有很大的軸向分量，而安裝應力管就是為了減弱在端部的電場畸變。

在解體此次事故電纜時，發現電纜頭制作中的剝切尺寸基本滿足要求，其覆蓋長度也未超出標準要求，但是發現在斷口臺階處未發現填充膠類物質，從故障部位看，擊穿點旁有一個較深的傷痕而兩者之間的主絕緣相對較好。

結合以上針對斷口處臺階沒有填充高介電常數物質的檢查結果，說明電纜頭制作過程中沒有嚴格按照工藝規程來，特別是在斷口處臺階與上面覆蓋物質之間空隙沒有填上硅脂膏。如果斷口空隙中沒有填充類似硅脂膏的高介電常數物質，會使電場強度明顯增大，產生的局部電暈對空隙中空氣連續放電，雖然沒有達到擊穿主絕緣的程度，但是加速了主絕緣由表及里的老化速度，通過長期的運行，時間的累積效應就表現出來，主絕緣的老化加上高壓波頭的沖擊，最后導致主絕緣最脆弱處發生擊穿，引發了此次故障。

4糾正行動

（1）立即開展緊急搶修，將故障電纜以及母排進行處理，更換電纜外護套，重新制作故障電纜電纜端接頭，并通過直流、交流耐壓試驗驗證。

（2）制定合理的檢修計劃，對其他機組同類型電纜進行相關電氣試驗，對有缺陷電纜，立即處理電纜端頭，重新制作。

5結論

（1）輔助變壓器低壓側母線電纜三相短路是由于電纜端接頭制造工藝的缺陷，導致端部電場畸變較大，產生局部電暈放電，加速電纜老化，最后導致C相電纜端接頭部主絕緣被擊穿，引起三相母排端部及支撐絕緣子處短路，最后導致電流保護動作，2號輔變退出運行。其中電纜端接頭制造工藝的缺陷是事故發生的根本原因。（2）考慮2號輔變低壓側發生的三相短路故障對2號輔變的影響，本次故障的短路電流在其可承受的允許范圍內，另進行油樣色譜、絕緣、直阻以及交流阻抗等試驗，也都說明2號輔變情況良好，本次故障沒有產生明顯損傷;（3）制定合理的檢修計劃，對其他機組同類型電纜進行相關電氣試驗，對有缺陷電纜，立即處理電纜端頭，重新制作。

參考文獻

[1]熊信銀.發電廠電氣部分.3版.北京：中國電力出版社，2004.102.

[2]何光華.高壓電纜終端電壓、電流型發熱缺陷的分析預控.第十九屆輸配電研討會論文集，2011.12