種佳麗,韓 洋,趙 磊,王 磊

(內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院分公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

0 引言

電力電纜是傳輸和分配電能的重要一次設(shè)備,由于其占地小、維護(hù)工作量少、受環(huán)境因素影響小等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電力傳輸各環(huán)節(jié)[1-3]。但在使用過(guò)程中,由于生產(chǎn)制造工藝、安裝工藝及環(huán)境、機(jī)械損傷、超負(fù)荷運(yùn)行、電力系統(tǒng)過(guò)電壓等原因,會(huì)導(dǎo)致電力電纜絕緣性能下降,甚至發(fā)生絕緣擊穿等事故[4-5],而且電力電纜損壞事故定位困難,花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),易引起事故擴(kuò)大,從而造成經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。

近年來(lái),通過(guò)對(duì)溫度、壓力、電流等特征量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),可實(shí)時(shí)進(jìn)行電力電纜狀態(tài)診斷[8-12]。但目前在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍無(wú)法保證事故判斷的準(zhǔn)確性,也沒(méi)有在實(shí)際運(yùn)行中大規(guī)模使用,因此電力電纜損壞防范仍主要依靠運(yùn)行維護(hù),損壞情況分析判斷也主要由技術(shù)人員進(jìn)行。而常見(jiàn)的電力電纜事故案例分析大多局限于單個(gè)事故本身,未形成電力電纜事故排查的步驟和方法。

本文針對(duì)某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)電力電纜絕緣損壞事故的典型案例,分析原因并提出預(yù)防和治理措施,可為同類型電纜的生產(chǎn)制造、運(yùn)行維護(hù)和事故處理提供參考。

1 事故現(xiàn)場(chǎng)檢查

某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)一期工程裝機(jī)容量為49.5 MW,正式并網(wǎng)運(yùn)行;二期工程與一期工程規(guī)模相同,進(jìn)入調(diào)試階段。該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)配置額定容量為1500 kW的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組配備箱式變壓器;配置220 kV升壓變電站,主變壓器容量為120 MVA,主變壓器220 kV側(cè)出線1回,35 kV側(cè)出線8回,均采用單母線接線方式,且電力電纜與架空線相結(jié)合。

在二期工程調(diào)試過(guò)程中,1個(gè)月內(nèi)相繼發(fā)生3起電纜頭爆裂事故,均發(fā)生在箱式變壓器高壓側(cè)進(jìn)線位置。

對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查,首先打開(kāi)電纜柜,發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)已經(jīng)熏黑,觀察電纜外觀,可見(jiàn)電纜外皮已經(jīng)燒黑且有裂痕,具備典型燃燒痕跡,如圖1所示,且空氣中彌漫燒焦味道,其次檢查箱式變壓器,外觀無(wú)變色,無(wú)燒蝕痕跡,沒(méi)有異物附著,最后檢查周?chē)h(huán)境,無(wú)異?，F(xiàn)象。

圖1 損壞電纜外觀

2 原因分析

2.1 生產(chǎn)制造工藝

電力電纜生產(chǎn)廠家眾多,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,特別是電纜頭易產(chǎn)生制作工藝不符合技術(shù)要求的問(wèn)題,主要表現(xiàn)為主絕緣切口不規(guī)則、表面打磨粗糙、部分有損傷、半導(dǎo)層剝離處理粗糙等。由于損壞電纜為新安裝,沒(méi)有投入生產(chǎn)運(yùn)行,同批次電纜沒(méi)有出現(xiàn)類似事故,因此無(wú)法直接判斷損壞原因是否為生產(chǎn)制造工藝不良,具體結(jié)果待電力電纜解體后分析才可確定。

2.2 安裝工藝及環(huán)境

電力電纜安裝時(shí),連接螺桿安裝、電纜長(zhǎng)度預(yù)留、應(yīng)力管安裝等安裝工藝影響最終施工質(zhì)量,同時(shí)電力電纜需要干燥衛(wèi)生的安裝環(huán)境。在現(xiàn)場(chǎng)檢查過(guò)程中,未發(fā)現(xiàn)損壞電纜存在安裝工藝不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題,但不能排除安裝過(guò)程中存在粉塵等雜質(zhì)或潮氣侵入絕緣層的情況。

2.3 機(jī)械損傷

機(jī)械損傷是引起電力電纜損壞的常見(jiàn)原因,主要指交通運(yùn)輸和施工過(guò)程中由外力造成的損傷,包括磕碰、拉傷、過(guò)度彎曲等?，F(xiàn)場(chǎng)檢查損壞電纜無(wú)外力損傷。

2.4 超負(fù)荷運(yùn)行

電力電纜長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行時(shí),由于電流熱效應(yīng)導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱,電荷集膚效應(yīng)、鋼鎧渦流及絕緣介質(zhì)損耗同樣會(huì)產(chǎn)生附加熱量,這些熱量不能及時(shí)發(fā)散,會(huì)引起電力電纜溫度升高。損壞電纜未并網(wǎng)運(yùn)行,因此不存在這種情況。

2.5 電力系統(tǒng)過(guò)電壓

電力系統(tǒng)存在各種各樣的過(guò)電壓,操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓等都會(huì)對(duì)電力電纜絕緣強(qiáng)度造成沖擊,特別是在生產(chǎn)制造工藝不良、安裝環(huán)境不潔、絕緣老化等情況下,極易造成電力電纜擊穿損壞。

損壞電纜位于箱式變壓器高壓側(cè)進(jìn)線位置,而箱式變壓器低壓柜中控制變壓器用真空斷路器曾因電壓等級(jí)不匹配而發(fā)生爆裂,因此很可能在真空斷路器爆裂過(guò)程中產(chǎn)生電壓沖擊,已經(jīng)損壞了電力電纜絕緣強(qiáng)度,出現(xiàn)薄弱點(diǎn)。同時(shí),較長(zhǎng)的電力電纜產(chǎn)生較大的系統(tǒng)對(duì)地電容電流,電容電流過(guò)大會(huì)增加系統(tǒng)絕緣事故風(fēng)險(xiǎn)。事故發(fā)生時(shí),二期工程無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在調(diào)試過(guò)程中,可能出現(xiàn)欠補(bǔ)償?shù)那闆r?；谏鲜龇治?模擬事故發(fā)生時(shí)的工況對(duì)該35 kV系統(tǒng)開(kāi)展系統(tǒng)對(duì)地電容電流測(cè)試。

系統(tǒng)對(duì)地電容電流測(cè)試采用注入法,在主變壓器35 kV側(cè)的電壓互感器二次輔助繞組內(nèi)注入小電流變頻測(cè)量信號(hào),通過(guò)采樣回路和數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行分析計(jì)算,得到35 kV側(cè)出線線路電容電流,測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)對(duì)地電容電流測(cè)試結(jié)果

DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定35 kV系統(tǒng)電容電流應(yīng)小于10 A,事故發(fā)生時(shí),該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)升壓站35 kV電力系統(tǒng)電容電流均值為21.8 A,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定限制,因此在過(guò)大的電容電流作用下,系統(tǒng)可能存在諧振過(guò)電壓,電力電纜絕緣強(qiáng)度薄弱點(diǎn)易發(fā)生擊穿事故。

2.6 解體分析

設(shè)備廠家對(duì)事故電力電纜進(jìn)行解體分析,未發(fā)現(xiàn)明顯安裝工藝缺陷及機(jī)械損傷,但是在制作電纜頭時(shí),需要?jiǎng)內(nèi)テ帘螌?改變了電纜原有電場(chǎng)分布,產(chǎn)生對(duì)絕緣不利的切向電場(chǎng),因此電纜頭附近成為整個(gè)電纜最容易擊穿的部位。

綜合上述分析可知,電力電纜絕緣損壞事故有以下3方面原因。

a.真空斷路器爆裂過(guò)程中產(chǎn)生系統(tǒng)電壓沖擊,影響了電力電纜絕緣強(qiáng)度。

b.二期工程無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)欠補(bǔ)償?shù)那闆r,使35 kV系統(tǒng)電容電流超標(biāo),引起諧振過(guò)電壓。

c.電纜頭制作工藝存在缺陷,電纜頭附近絕緣強(qiáng)度較弱。

3 預(yù)防及治理措施

3.1 生產(chǎn)制作過(guò)程

a.電力電纜生產(chǎn)制作環(huán)境必須保持干燥和清潔,防止灰塵、雜物、潮氣等進(jìn)入絕緣層,制作電纜頭時(shí)要保持連續(xù)不間斷作業(yè),盡量縮短制作時(shí)間以避免潮氣入侵。

b.制作電力電纜的技術(shù)人員必須進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn),嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)圖紙中的剝切尺寸,不可憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行切割。剝切時(shí)使用恒力彈簧將電力電纜進(jìn)行固定,保證切口平整,切割位置不偏離。

c.電纜頭制作時(shí)要采取措施緩和電纜屏蔽端部電場(chǎng)集中的問(wèn)題,保證可靠密封。

d.應(yīng)力管與屏蔽層的搭接長(zhǎng)度應(yīng)滿足要求,避免應(yīng)力錐失去作用。

e.三相芯線預(yù)留長(zhǎng)度不同,中間相應(yīng)最短,防止接線耳與套管接觸不良發(fā)熱。

f.電纜頭連接金具與電纜線芯一定要壓接緊實(shí),避免出現(xiàn)空隙導(dǎo)致壓縮力不足造成接觸不良。

3.2 質(zhì)量檢查

a. 嚴(yán)格把控電力電纜及其附件的產(chǎn)品質(zhì)量,依據(jù)電力電纜運(yùn)行環(huán)境的不同,有針對(duì)性地制定產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

b. 選擇技術(shù)水平較高的電力電纜生產(chǎn)廠家,避免低價(jià)中標(biāo)。

c. 產(chǎn)品驗(yàn)收要查驗(yàn)產(chǎn)品合格證書(shū),必要時(shí)委托專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)同批次產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量抽查。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)安裝

a.嚴(yán)格管控施工單位資質(zhì),有針對(duì)性地對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn),加強(qiáng)監(jiān)管,避免存在偷工減料現(xiàn)象。

b.電力電纜安裝過(guò)程中,需要保持良好的氣候條件,不可在風(fēng)、霜、雨、雪天氣進(jìn)行安裝,避免粉塵污染和潮氣入侵。

c.電力電纜敷設(shè)過(guò)程中嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范執(zhí)行,防止損傷電纜外護(hù)套,不能多次彎曲、交叉或扭轉(zhuǎn)。

d.固定電纜頭時(shí),首先保證金屬部分可靠連接,避免虛接等問(wèn)題,其次盡量順其自然,三相之間不要交叉,最后不能讓電纜下部斜扭,電纜頭不可長(zhǎng)時(shí)間承受扭轉(zhuǎn)力。

e.現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后,做好施工后評(píng)價(jià)工作,對(duì)于技術(shù)水平不過(guò)關(guān)的施工單位,加入黑名單進(jìn)行淘汰,篩選技術(shù)水平過(guò)硬的施工單位,促進(jìn)良性競(jìng)爭(zhēng)。

3.4 運(yùn)行維護(hù)

a.電力電纜運(yùn)行維護(hù)單位需建立完善的巡視制度,保證每條電力電纜線路定期巡視,并對(duì)巡視情況進(jìn)行記錄,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)解決。

b.電纜頭是絕緣較薄弱部位,長(zhǎng)期運(yùn)行電纜絕緣層附近會(huì)慢慢變黑,加強(qiáng)對(duì)電纜頭巡視檢查,及時(shí)清除灰塵,可在一定程度上避免電纜頭損壞。

c.在運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中,采用紅外測(cè)溫等新技術(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)電力電纜局部發(fā)熱等缺陷及時(shí)處理,可避免缺陷擴(kuò)大造成更大損失。

d.電力系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備事故時(shí),要考慮是否會(huì)對(duì)電力電纜絕緣強(qiáng)度造成沖擊,通過(guò)試驗(yàn)等技術(shù)手段進(jìn)行絕緣強(qiáng)度檢測(cè)。

e.定期進(jìn)行電容電流測(cè)試,避免因?yàn)檠a(bǔ)償容量不足造成電容電流超標(biāo),破壞電力電纜絕緣性能。

f.關(guān)注電力電纜事故檢測(cè)新技術(shù),探索在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及事故精確定位,盡可能提前發(fā)現(xiàn)缺陷,降低故障率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)電力電纜絕緣損壞事故的典型案例,主要從生產(chǎn)制造工藝、安裝工藝及環(huán)境、機(jī)械損傷、超負(fù)荷運(yùn)行和電力系統(tǒng)過(guò)電壓等進(jìn)行分析,最終確定電力電纜絕緣損壞原因。根據(jù)分析結(jié)果,本文提出生產(chǎn)制造、質(zhì)量檢查、現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)行維護(hù)4方面的預(yù)防和治理措施,可在一定程度上避免電力電纜絕緣損壞事故的發(fā)生。