某水電站35 kV 主變高壓側(cè)一次電纜燒毀事故分析及處理

王 斌

（福建壽寧牛頭山水電有限公司，福建 寧德 355501）

0 引言

電力電纜是電氣工程的重要組成部分，用來傳輸和分配電能，具有占地少、供電可靠、施工便利、絕緣性能好、能提供容性功率提高功率因素、運行及維護簡單等特點。但檢修作業(yè)發(fā)現(xiàn)，電力電纜在正常運行中易受絕緣老化、絕緣受潮、電纜接頭過熱、機械損傷、護層腐蝕、過電壓、中間接頭及終端頭設(shè)計制造工藝問題等影響而引發(fā)故障。故障不僅會威脅電網(wǎng)的安全運行，中斷局部電網(wǎng)的持續(xù)供電，而且故障的測尋、排除、修復等都要耗費大量的人力、物力和財力。因此，加強對電力高壓電纜的管理，針對不同的故障類型，采取不同的積極有效的預防對策，具有重要意義。

1 事件概況

某小水電站安裝有2 臺SF7500-28/4250 型號混流式水輪發(fā)電機組，單機容量7.5 MW，總裝機容量15 MW，采用擴大單元接線，升壓變壓器1 臺，型號SF10-20000/35，容量20 000 kVA，通過一條35 kV線路送出。35 kV 主變高壓側(cè)一次電纜的型號：ZCYJV62/35 kV。

某日凌晨時分，1 號、2 號機處于熱備用，35 kV主變、母線和線路開關(guān)及線路處運行狀態(tài)。運行值長監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)電站35 kV 線路零序電壓高達105.79 V，立即向縣調(diào)匯報，并向調(diào)度員了解該條線路情況，其回復：系35 kV 系統(tǒng)單相接地引起，正在處理。50 min 過后，縣調(diào)來電告知值長，他們要斷開變電站側(cè)的該條35 kV 線路開關(guān)，值長考慮到電站廠用電問題，向縣調(diào)申請待1 號機帶廠用電后再斷，縣調(diào)同意。5 min 后，值班員開啟1 號機，在開機過程中35 kV 主變差動動作，主變高壓側(cè)30 A 開關(guān)、低壓側(cè)60 A 開關(guān)跳閘；35 kV 線路過流I 段保護動作，302 開關(guān)跳閘，值長即匯報縣調(diào)，并申請1 號機停機。

停機后，運行巡檢人員發(fā)現(xiàn)主變高壓側(cè)C 相電纜著火，在檢查確認主變已斷電情況下，立即用二氧化碳滅火器進行滅火。火被撲滅后，檢查35 kV 線路302 開關(guān)正常，但是35 kV 主變高壓側(cè)電纜頭C相燒毀，即聯(lián)系縣調(diào)向其匯報35 kV 主變高壓側(cè)電纜頭C 相燒毀，申請35 kV 線路302 開關(guān)由熱備用轉(zhuǎn)運行，恢復廠用電，縣調(diào)同意。

事件發(fā)生后，技術(shù)人員調(diào)取35 kV 線保護裝置、主變保護裝置動作報告、錄波及監(jiān)控歷史曲線。

00：48 分35 kV 主變高壓側(cè)C 相經(jīng)過渡電阻接地，C 相電壓降低，A、B 相電壓增大，自產(chǎn)零序電壓約90 V 左右，35 kV 線路保護、主變保護均報零壓告警，主變低后備保護裝置顯示：3UO=52.89 V、3U0ZC=90.91 V，超過零壓告警定值20 V，0.3 s，零壓告警信號正確。

00：51 分35 kV 主變C 相高壓側(cè)直接接地，C相電壓為0 V，A、B 相相電壓上升為線電壓約105 V 左右，自產(chǎn)零序電壓約107 V。

00：58 分35 kV 母線A、B 相電壓異常，A 相電壓由105 V 左右降至76 V 左右，B 相電壓由105 V左右降至38 V 左右，35 kV 主變C 相接地點故障電流劇增，故障電流達26.958 A，35 kV 線路過流I 段保護動作出口跳開線路302 開關(guān)，主變比率差動保護動作出口跳開主變高壓側(cè)30 A 開關(guān)，低壓側(cè)60 A開關(guān)，線路及主變保護動作正確，切除故障點。

圖1 C 相電纜頭燒損照片

2 原因分析

35 kV 主變高壓側(cè)電纜頭C 相燒毀的直接原因：電纜頭受潮老化，絕緣能力降低接地，C 相接地電壓為0 V，非故障相A、B 相相電壓上升為倍相電壓即線電壓，自產(chǎn)零序電壓約107 V，由于1 號、2 號機組處于熱備用狀態(tài)，35 kV 線路三相負荷很小趨近零，35 kV 線路保護、主變保護裝置采集到三相電流約0.02 A，故C 相接地點故障時，35 kV 線路保護、主變保護不啟動動作。大約C 相一點接地運行10 min，35 kV 系統(tǒng)A、B 相電壓異常下降，A、B 相經(jīng)過渡電阻接地，與35 kV 主變高壓側(cè)C 相接地形成環(huán)流，單相接地故障轉(zhuǎn)換為相間接地短路故障，C 相接地點故障電流劇增，二次故障電流達26.958 A（一次電流約2157 A），導致35 kV 主變高壓側(cè)C 相電纜頭絕緣薄弱點對地放電及發(fā)熱，接地故障點起火。

圖2 主變差動保護動作及錄波圖

圖3 線路保護動作及錄波圖

根本原因：獲取該型號產(chǎn)品的安裝說明書，將非故障相進行解剖，并與安裝說明書進行對比，排除工藝不佳的情況。主變高壓側(cè)電纜終端頭采用熱縮型電纜終端，不能夠隨彈性變形而喪失密封作用，容易在附件與電纜絕緣層之間形成呼吸效應，引發(fā)電纜附件內(nèi)部短路故障。且電纜終端頭朝傾斜方式安裝方式，銅編織地線引出外護套口朝上，失去防雨裙的保護，直接暴露在雨水中，水分或濕氣長期沿外護套銅編織地線間隙滲入電纜終端內(nèi)部，再加上終端應力錐部位受力彎曲導致電場畸變，使電纜主絕緣裕度降低，最終造成電纜主絕緣擊穿。

圖4 故障前主變高壓側(cè)電纜終端圖

促成原因：此次發(fā)生零序電壓過高信號后，運行值長未及時按縣調(diào)要求切斷開關(guān)，促成事件的發(fā)生。因35 kV 系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地故障時，一次設(shè)備應能快速切除故障，防止電纜著火、事故擴大。

3 處理與防范

電站緊急采購電纜終端，采用絕緣性能較好的電纜終端，將原來的熱縮型改為冷縮型電纜終端。由專業(yè)人員嚴格按照說明書進行重新制作C 相電纜頭，安裝現(xiàn)場的溫度、濕度和清潔度應符合安裝工藝要求，施工期間電纜剝切尺寸及屏蔽斷口打磨工藝等重要工序應有影像記錄留存。參照DL/T 596-2021《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》，對電纜主絕緣進行交流耐壓試驗，耐壓值為1.7U0，持續(xù)60 min，并且在耐壓試驗前后進行絕緣電阻測試。

改變主變高壓側(cè)的接線方式。對該電纜終端的連接及支撐方式進行重新設(shè)計，將主變原來以電纜直接連接方式改為以銅排連接方式，并在銅排上包熱縮套管，每項銅排下面通過三個絕緣子支撐，滿足絕緣化要求；拆除主變高壓側(cè)電纜兩端電纜頭并重新制作電纜頭，安裝一段新的母線銅排自主變高壓側(cè)引出，將原電纜由原來的自上而下，改為自下而上。確保電纜附件的密封防潮性能應能滿足長期運行需要。 確保電纜終端特別是應力錐部位不長期受外力作用。

圖5 改造后的主變高壓側(cè)電纜終端圖

電站在次年汛前小修送電啟動時，對1 號主變35 kV 側(cè)電纜屏蔽線接地電流進行了測量：在兩端接地且變壓器滿載時，測電纜接地屏蔽線接地電流為5～6 A，電壓為0.5 V；空載時，測單芯電纜接地端未接地時的電壓為0 V，電流為0 A。根據(jù)GB 50217－2018《電力工程電纜設(shè)計標準》第4.1.11 規(guī)定，若單芯電纜測試點電壓小于50 V，電纜接地屏蔽線將不接地方式運行。根據(jù)檢測試驗結(jié)果，經(jīng)生產(chǎn)會議討論決定：1 號主變35 kV 側(cè)電纜終端接地屏蔽線由兩端接地改為單側(cè)接地。將電站1 號主變35 kV 側(cè)電纜屏蔽接地線靠主變側(cè)，拆除并做好包扎和固定工作。

運行組織該起事件學習，確定電壓過高的分級處理措施，提高運行人員的判斷力和敏感性，牢樹“第一保人身、第二保設(shè)備”意識。加強現(xiàn)場監(jiān)盤和恢復夜間有人值班，發(fā)現(xiàn)單相接地故障，工作人員應當立即切斷電源，應盡量縮短切除故障線路時間，防止電線因承受高壓電而發(fā)生著火現(xiàn)象。

4 結(jié)語

電力電纜是電力系統(tǒng)的重要組成部分。電力電纜能否安全運行，直接關(guān)系到整個電網(wǎng)安全運行和系統(tǒng)穩(wěn)定。只有從電纜生產(chǎn)、運輸、敷設(shè)、安裝、試驗、巡視、檢測等各個方面加強質(zhì)量管控和驗收把關(guān)，才能將電纜故障降至最低程度，才能確保電纜線路長期安全運行。本文通過分析某水電站35 kV 主變高壓側(cè)一次電纜燒毀事件，結(jié)合現(xiàn)場檢查情況，分析確認了起火原因，針對事件暴露的問題，提出了一次電纜頭制作、運維的預防措施，以進一步提升電氣設(shè)備安全運行水平，為水電站運維管理提供借鑒。

參考文獻：

[1] 鄒紅剛．35 kV 及以下電力電纜故障的原因及對策[J]．建筑·建材·裝飾，2018（1）：156．

[2] 李雪梅．淺析35 kV 及以下電力電纜故障的原因及應對措施[J]．數(shù)字化用戶，2017，23（43）：97．