國網(wǎng)西安供電公司 王 蕾

科學(xué)技術(shù)水平的進步和發(fā)展在一定程度上帶動了國內(nèi)電力電纜技術(shù)的進步和發(fā)展，電力電纜設(shè)備依托自身絕緣性良好、占地面積小以及輸電效率強等優(yōu)勢在我國的輸變電網(wǎng)絡(luò)中有著系統(tǒng)性的應(yīng)用，但是電纜設(shè)備的終端一直是其作為脆弱且容易出現(xiàn)故障的部分，一旦電纜的終端出現(xiàn)故障，不僅會降低輸電效率，同時也會降低用戶的使用滿意度，嚴重的還會導(dǎo)致故障擴張，進而誘發(fā)低壓側(cè)三相短路、主變壓器等設(shè)備故障，嚴重威脅電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗，對兩個35kV交聯(lián)聚乙烯電纜終端故障的原因進行綜合分析，然后結(jié)合實際情況給出具體的故障控制措施，期望對促進電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有所幫助。

1 某220kV變電站內(nèi)35kV開關(guān)柜電纜頭擊穿造成主變跳閘故障

1.1 條件說明

2018年9月，故障報某35kV輸電線路產(chǎn)生了單相接地故障，現(xiàn)場的調(diào)度人員借助傳統(tǒng)的拉路法找尋故障原因，發(fā)現(xiàn)35kV開關(guān)柜電纜頭出現(xiàn)故障，導(dǎo)致母線三相短路，220kV主變重啟動作跳閘。經(jīng)現(xiàn)場檢修，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)低壓線圈出現(xiàn)了較大的變形，并對其進行了返廠檢修[1]。

1.2 成因剖析

維修人員針對35kV開關(guān)柜的電纜展開現(xiàn)場檢查，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)的電纜端子B相的接地擊穿現(xiàn)象，三相線纜的三相導(dǎo)線和銅排的燒損比較嚴重。經(jīng)三相分解后的電纜端子比較，三相端子在半導(dǎo)體層環(huán)切割下的斷面不平整，沒有經(jīng)過拋光，有凸起，斷面主要絕緣色加深，已經(jīng)發(fā)生了退化。B相的主要絕緣體與接線端60mm處有一個大約5mm地擊穿孔，這里的主要絕緣體有很深的刀痕，因此判定為切割時切得太深而損傷了主絕緣。

具有優(yōu)良絕緣特性的電纜，在一般傳輸過程中，導(dǎo)體、主絕緣層、屏蔽層或金屬層間有一定的電容。這種電容器在整個線纜的長度和介質(zhì)中都是均勻分布的，所以線纜的電場也是均勻的，而且僅有一個徑向的電場，不存在軸向的電場。在均質(zhì)介質(zhì)中，線芯會均勻放射出功率線，而等位線則呈現(xiàn)一個結(jié)構(gòu)為外部疏松內(nèi)部緊密的同心圓結(jié)構(gòu)，其中心區(qū)域的電磁場強度非常強烈，距離中心線位置越遠，其磁場強度逐漸呈現(xiàn)下降趨勢。在銅質(zhì)屏蔽和半導(dǎo)體屏蔽層剝離后，線纜端部的徑向電場分布不均勻，并且沿光纜長度方向的軸向電場分布不均勻，在同一地點進行三相分解和耐壓測試[2]。

在半導(dǎo)體層和主絕緣截面處，軸向電場分量最大，軸向應(yīng)力最大；其次，由于聚乙烯絕緣體沿表面的破壞強度遠遠低于豎直破壞強度（沿表面只有5%～10%的垂直破壞強度），存在軸向電場成分，會使電纜端部的電強度大幅下降，因此必須使用應(yīng)力錐體來改進半導(dǎo)體層和主絕緣截面的電場，從而實現(xiàn)均一的電場[3]。如果電線的主要絕緣層有雜質(zhì)或者有刮痕，則會產(chǎn)生一個較強的電場，如圖1所示。強電場的劣化會引起場致輻射，長期的場致輻射積累會引起電樹枝。電樹枝是引起主絕緣失效的先決條件，并在此基礎(chǔ)上使主絕緣產(chǎn)生“電子雪崩”，從而使主絕緣破裂。

圖1 主絕緣存在雜質(zhì)或劃傷處時的強電場

從上述結(jié)果可以看出，本次電纜終端的故障是由于B相在剝離半導(dǎo)體層時切得太深，造成了主絕緣層損壞，從而造成了該區(qū)域的電場惡化，盡管最終完成了交接測試，但對以后的工作也造成了一定的影響。當(dāng)輸電線路單相接地短路時，其他兩相的電壓也會隨之上升。在現(xiàn)場調(diào)度和操作人員發(fā)現(xiàn)，B相線端部劃痕處的擊穿強度小于軸向電場，從而加速了該處的電枝生長，最終導(dǎo)致主干對地擊穿。

該故障發(fā)生后也帶來了其他次生影響。當(dāng)電纜設(shè)備的端子被對地擊穿后，往往會出現(xiàn)金屬粉末，這些金屬粉末會在開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生放電通路，由于開關(guān)柜的空間非常狹窄，由此導(dǎo)致35kV三相母線出現(xiàn)了短路的情況。如果母線出現(xiàn)故障，即便變電站內(nèi)部的保護裝置正常作業(yè)，但是也會導(dǎo)致220kV #1主變發(fā)生近區(qū)短路，三相線圈內(nèi)三相匝間短路，三相線圈受短路力的影響，導(dǎo)致三相低壓繞組出現(xiàn)了嚴重的變形，并在這段時間內(nèi)進行了大修。經(jīng)過后期的抗短路性能檢驗，當(dāng)系統(tǒng)容量持續(xù)增大時，其低壓側(cè)的短路能力已經(jīng)無法滿足使用需求，這是導(dǎo)致本次事故蔓延的次要因素[4]。

2 110kV變電站35kV室外電纜接頭的失效分析

2.1 狀況說明

2016年4月，某地區(qū)的110kV變電站35kV出線室外電纜端部A相出現(xiàn)了故障，該線路之前并未發(fā)生過短路故障，也未進行負載調(diào)節(jié)，同時該地區(qū)近期也未曾出現(xiàn)雷暴等極端天氣。

2.2 成因剖析

線路檢修人員對室外三相線纜的外觀狀況進行現(xiàn)場檢驗后發(fā)現(xiàn)A相線纜的端部被擊穿、燒損，B、C相外觀不正常。對電纜端子的拆分和耐壓測試，一是半導(dǎo)層的剝離長度不符合規(guī)范，剝落時間太長，導(dǎo)致在安裝過程中，應(yīng)力錐體沒有有效地覆蓋半導(dǎo)體層的剖面，沒有形成均勻的電場。二是由于這種電纜的半導(dǎo)體層是不能剝除的，必須用特殊的刀具進行切割，施工人員為了便于剝落，沒有注意線路切割注意事項，對主絕緣層產(chǎn)生了一定程度的破壞，尤其是A相主絕緣1cm區(qū)域存在嚴重的刀刻劃痕，已經(jīng)產(chǎn)生了電樹枝。

同時，在主絕緣的中部區(qū)域存在一條長度在3cm的半導(dǎo)電層，在剝離PVC膠帶后也發(fā)現(xiàn)存在嚴重劃痕且主絕緣的顏色變深。以上種種現(xiàn)象均說明主絕緣受損嚴重。導(dǎo)致該問題的原因在于作業(yè)人員未控制好切割尺寸。因此，可以用聚氯乙烯膠帶來提高絕緣。結(jié)果表明，三相半導(dǎo)體和銅屏蔽層的環(huán)切斷面不平整，有刮痕、突起，主要絕緣體附近有大量的電枝，而A相線地端部則是由半導(dǎo)體層和主絕緣截面構(gòu)成的[5]。

綜合以上分析，A相線頭主要絕緣擊穿主要是因為在剝離半導(dǎo)體層時，電力作業(yè)人員未能根據(jù)作業(yè)標準做好打磨工作，在剝離時出現(xiàn)的毛刺和大量的劃痕，由此導(dǎo)致電場呈軸向分布。此外，未能嚴格根據(jù)設(shè)計要求做好應(yīng)力錐的安裝工作，導(dǎo)致其未能有效和半導(dǎo)電層連接，在高場強的情況下，場致發(fā)射得到了強化，并逐漸形成了電樹枝。盡管在半導(dǎo)電層剝落的位置發(fā)生了故障，但A相的主絕緣存在5cm的劃痕，PVC膠帶和半導(dǎo)電層的刮削區(qū)已經(jīng)有了電樹枝，主要的絕緣顏色已經(jīng)變得更深、更差。

3 預(yù)先控制的方法

上述兩次電纜故障都是由于工程質(zhì)量不高造成的，為了確保電纜的安全、穩(wěn)定運行，并根據(jù)電力電纜的全壽命周期管理重點，提出了以下管控措施。

3.1 對電纜及其配件的質(zhì)量進行嚴格控制

首先，根據(jù)施工、維修和區(qū)域環(huán)境的特點，修訂一般技術(shù)規(guī)格，并可按不同的工程特點，對有關(guān)技術(shù)條款進行修訂，以確保其適用范圍。其次，在挑選電纜生產(chǎn)廠商以及電纜配件生產(chǎn)廠商的股從中，需要嚴格做好質(zhì)量和技術(shù)把關(guān)工作，不能只重視配件的價格，要從供應(yīng)商自身的資質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量以及價格等多方面因素進行考慮，挑選出質(zhì)量最優(yōu)，價格低廉以及符合要求的電纜產(chǎn)品及其配件。最后要加強對電纜及其附屬產(chǎn)品的現(xiàn)場驗收，切實做到事前控制。

3.2 強化工程質(zhì)量控制

一是嚴格控制建筑企業(yè)的資質(zhì)，保證工地工人持證上崗，并嚴格監(jiān)督，防止出現(xiàn)虛假資質(zhì)的現(xiàn)象。二是在鋪設(shè)電纜時，應(yīng)防止各種原因?qū)﹄娎|護層造成損害，在拐角部位的彎曲率要符合規(guī)定，電纜的敷設(shè)裕量要符合隨后的消缺要求。三是在制作電纜終端之前，應(yīng)設(shè)置遮風(fēng)棚，嚴格控制施工場地的溫度、濕度，超過70%以上嚴禁使用。四是在電纜工程項目施工階段，必須派遣專業(yè)的維修人員針對旁站做好檢查工作，如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)問題需要及時進行整改，杜絕工程隱患。如維修人員因故無法在現(xiàn)場作業(yè)，則可以采用遠程視頻的方式進行質(zhì)量管控。五是要做好電纜工程項目質(zhì)量評估工作，確保技術(shù)水平優(yōu)秀的建筑企業(yè)進入工地，可通過評標方式淘汰一批技術(shù)水平低、信譽差的建筑企業(yè)，形成良性競爭。

3.3 線纜終端的關(guān)鍵問題處置意見

一是在剝離銅屏蔽層尺寸后，采用PVC自粘帶將銅條緊固，以避免銅片脫落。剝切時，為了確保切口的平滑，可以采用恒力彈簧進行剝離。這種工藝可以確保在環(huán)切時不會偏移，在剝離時的力量要均勻，不會損傷半導(dǎo)體層。在剝離銅屏蔽層后，要對切口進行處理，切口要平滑，不可有毛刺。

二是在將半導(dǎo)體層剝落與主絕緣層分離時，為了確保半導(dǎo)體層剝落部位的平滑，可以采用恒力彈簧將其緊固，然后再用恒力彈簧將其銼削，使剝皮與主絕緣層之間的過渡達到均勻的程度，在恒力彈簧的阻擋下，不會對半導(dǎo)體層造成破壞，從而提高了電場的分布。同時，在剝離半導(dǎo)體層時，可以使用特殊的刀具，切入的數(shù)量要適度，以免損壞主絕緣。主要絕緣面有劃痕、凹痕等，用不含120的氧化鋁砂紙拋光。

三是在安裝應(yīng)力椎的過程中，要對其大小進行標記?？捎镁勐纫蚁┎牧线M行標記，安裝時嚴格按照標準進行安裝。

四是在電纜支路安裝前后，需對其中間間隙區(qū)域做好填充和防水處理工藝。

3.4 提高操作能力

一是從事電纜工程的單位要和技術(shù)部門聯(lián)合開展電纜安裝維修技術(shù)培訓(xùn)工作，通過系統(tǒng)化的培訓(xùn)工作來有效提升維修作業(yè)人員的作業(yè)能力和應(yīng)急故障現(xiàn)象處置能力。

二是做法路線的巡檢工作，及時統(tǒng)計線路負載。如發(fā)現(xiàn)線路負載存在問題，需及時停電進行檢修，避免事故擴大化。

三是可應(yīng)用先進定位技術(shù)對電纜故障進行定位和判斷，有效降低故障概率。

3.5 防止電纜事故的擴展

一是電力公司要加強對變電站變壓器抗短路能力的檢查，針對短路容量不夠的，采取現(xiàn)場加固、加裝限流裝置、返廠檢修等措施，防止因線路故障而導(dǎo)致主變受損。

二是針對變電站內(nèi)部不符合規(guī)定的接地設(shè)備要進行系統(tǒng)化改造可將其改造為具有選線設(shè)備的小電流接地裝置，在接地過程中可及時進行選線，從而有效降低因接地故障導(dǎo)致的電纜故障概率。

4 結(jié)語

綜上所述，本文所描述的兩個35kV電纜終端的故障都是因工程質(zhì)量問題引起的，為了確保變電站的安全、穩(wěn)定運行，除了要在提高工程質(zhì)量方面尋求突破，還需嚴控電纜及附件品控，提升專業(yè)檢修人員運維水平，處理好電纜終端制作關(guān)鍵點，并對站內(nèi)抗短路能力進行提升，對中性點接地方式進行改進，消除由于電纜故障擴大造成經(jīng)濟損失和隱患。今后，將繼續(xù)探索和改進所提的預(yù)控措施，以提高變電站的運行管理水平。