劉立燦

（邯鄲鋼鐵集團有限責任公司能源中心，河北邯鄲 056015）

1 故障經(jīng)過

邯鄲鋼鐵集團某220 kV變電站有三段35 kV母線，主供一個軋鋼廠、三個煉鋼廠以及一座35 kV變電站。35 kV三段母線經(jīng)主變35 kV側中性點經(jīng)消弧線圈接地，屬于小電流接地系統(tǒng)，系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 220 kV變電站35 kV系統(tǒng)接線圖

某天變電站中央信號系統(tǒng)發(fā)出35 kV I段母線系統(tǒng)單相接地預告信號，然后自行解除，屬于瞬時接地，組織運維人員排查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯接地點。兩天后35 kV I母線又發(fā)瞬時接地信號，同樣沒有查到明顯故障點。隨著時間的推移，35 kV I段母線發(fā)出瞬時單相接地信號的間隔越來越短，幾天后發(fā)展成每天發(fā)1～2次瞬時單相接地信號，說明系統(tǒng)存在可恢復的單相絕緣擊穿故障，這種瞬時接地故障能引起非接地相電壓升高，甚至引起內部過電壓，可能會造成非故障相絕緣薄弱處擊穿，繼而引發(fā)相間短路故障，對系統(tǒng)安全運行構成嚴重威脅。

由于35 kV系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地，因此接地電容電流經(jīng)消弧線圈補償后很小，根據(jù)以往接地選線裝置選線結果，一般不能準確選出接地回路。

為盡快查出故障點，一方面安排電纜運維人員對配出電纜進行全面檢查，檢查電纜有沒有挖掘砸傷破壞、有沒有明顯的接地打火冒煙現(xiàn)象，經(jīng)細致排查，仍然沒有查出明顯的故障點。另一方面，制定了將35 kV I段母線配出的5路電纜分別轉移負荷拉路停電判斷的方案，即將35 kV I段某一路35 kV電纜負荷轉移后將該路電纜停電，觀察35 kV I段母線是否發(fā)瞬時接地信號；當將送35 kV變電站一路的電纜轉移負荷停電后，35 kV I段母線不再發(fā)瞬時接地信號，確定該路電纜存在較大的故障嫌疑。

2 故障的判斷與處理

送35 kV變電站一路的電纜由3根單芯交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜組成，單線長度為3 km，每相電纜有5個中間接頭，除中間接頭處，其余均使用電纜卡具將三相電纜固定為品字形，全線敷設在地下電纜隧道內。將該路電纜轉檢修后，按照如下步驟進行判斷。

2.1 外觀檢查

對送35 kV變電站一路電纜進行全面仔細檢查，重點檢查電纜、電纜接頭、避雷器、接地線外觀有無破損、有無放電燒蝕痕跡等，除發(fā)現(xiàn)電纜隧道內局部積水外，均未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 避雷器試驗

35 kV線路避雷器為氧化鋅避雷器，對避雷器進行試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 線路避雷器試驗數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)可以看出，三相避雷器試驗數(shù)據(jù)均為合格，可以排除避雷器發(fā)生故障的嫌疑。

2.3 電纜試驗

先分別測量三相電纜的主絕緣電阻，測量結果如表2。

表2 電纜三相主絕緣電阻

從表2可以看出，A相電纜的絕緣電阻明顯低于B、C兩相電纜的絕緣電阻，A相電纜絕緣應該存在絕緣缺陷。

為進一步判斷其絕緣狀況，對三相電纜分別進行直流耐壓試驗，依據(jù)《電力設備預防性試驗規(guī)程》（DL/T596-2005）11.3.1條的規(guī)定，試驗電壓為78 kV，耐壓時間為5 min。在對A相電纜直流耐壓試驗時，當電壓升至60 kV時，主絕緣擊穿，試驗設備跳閘。對B、C兩相電纜進行直流耐壓試驗，順利通過78 kV、5 min耐壓。從直流耐壓試驗結果可以得出A相主絕緣不合格，變電站35 kV I段瞬時單相接地是由于送35 kV變電站一路電纜A相主絕緣擊穿引起。

2.4 故障點的查找與處理

通過對35 kV變電站一路電纜進行直流耐壓試驗，可以判斷出A相電纜主絕緣存在故障。繼續(xù)安排運維人員對A相電纜外觀進行仔細查找判斷，仍然沒有發(fā)現(xiàn)明顯故障點，不能確定故障點的具體位置。

為此，采用球隙放電的方法對A相電纜進行脈沖放電，根據(jù)絕緣擊穿點會發(fā)出“啪、啪”的放電聲音來確定故障點。球隙放電接線如圖2所示。

圖2 35 kV電纜球隙脈沖放電接線圖

由于直流耐壓試驗時電纜的擊穿電壓為60 kV，因此通過調整球隙距離，將放電電壓調整為60 kV，這樣確保電纜絕緣擊穿點能夠產(chǎn)生脈沖放電，發(fā)出“啪、啪”的放電聲音。同時，安排運維人員沿35 kV變電站一路電纜敷設路徑對電纜進行檢查，當檢查到A相電纜線路1.5 km處第3個中間接頭處，該電纜頭發(fā)出“啪、啪”的放電聲音，確定故障點就在該電纜頭處。

停止對A相電纜的球隙脈沖放電，對該電纜充分放電并可靠接地，打開故障電纜頭，發(fā)現(xiàn)自芯線壓接管處沿主絕緣外表面有明顯的樹枝放電痕跡，如圖3所示。

確定該電纜接頭絕緣擊穿是自壓接管沿主絕緣表面發(fā)生樹枝化局部放電發(fā)展成為貫穿放電通道。由于沿電纜主絕緣表面樹枝化放電通道較長，再者系統(tǒng)電容電流經(jīng)消弧線圈補償后變得很小，不能形成持續(xù)的弧光放電，擊穿放電對主絕緣的損傷較小，因此只形成頻繁的瞬時擊穿接地。

圖3 35 kV電纜中間接頭樹枝化放電

將A相存在放電故障的電纜頭鋸掉，重新制作新的電纜接頭，對A相電纜重新進行電氣試驗，測量絕緣電阻值為1800 MΩ，直流耐壓78 kV、5 min，試驗合格。送電運行后一切正常，沒有再發(fā)系統(tǒng)瞬時接地故障信號。

3 故障分析及防范措施

通過故障的查找和判斷，變電站頻發(fā)35 kV系統(tǒng)瞬時接地預告信號的原因是由于送35 kV變電站一路A相電纜中間接頭的樹枝化局部放電發(fā)展成貫穿的放電通道擊穿放電引起，為此，制定如下有針對性的防范措施。

3.1 提高電纜頭制作質量

由經(jīng)過專業(yè)培訓的電纜頭制作人員嚴格按照電纜頭制作流程制作電纜頭。電纜頭制作環(huán)境要求空氣干燥、無塵，必要時需搭建臨時帳篷，與外界環(huán)境隔離；做頭人員需戴專用口罩、手套，防止口鼻呼出的水蒸氣、手上汗液粘附到電纜絕緣體表面；壓接管、導體上的突起、毛刺要挫平；絕緣體表面要打磨平滑，細小顆粒要清理干凈。通過以上措施，可以有效防止局部電場集中對絕緣的破壞，防止電纜頭局部放電的發(fā)生。

3.2 改善電纜頭運行環(huán)境

對電纜隧道加強維護，防止電纜隧道滲漏水積水，嚴禁積水浸泡電纜頭。加強隧道通風，降低隧道內濕度。

3.3 定期進行電纜電氣試驗

根據(jù)電纜負荷大小、運行環(huán)境、運行年限，及時安排電纜預防性試驗，發(fā)現(xiàn)電纜潛在缺陷。對于負荷較大、運行年限較長的電纜線路，一般試驗周期為1年左右；負載較輕、運行環(huán)境良好的電纜可延長電氣試驗周期，但一般不超過3年為宜。直流耐壓、泄漏試驗可以有效地發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣缺陷，是檢測絕緣缺陷最為有效的手段。

3.4 對運行中的電纜進行局部放電在線監(jiān)測

在電纜接地線上安裝超高頻電流互感器，使用局部放電監(jiān)測儀檢測超高頻互感器二次信號，可以檢測整條電纜的局部放電量、放電脈沖的大小；使用局部放電在線監(jiān)測儀對電纜頭進行超聲波局部放電檢測，可以檢測電纜頭的放電位置；與耐壓試驗配合，可以有效發(fā)現(xiàn)電纜頭的集中缺陷，預防突發(fā)事故。

4 結束語

電纜線路是電力系統(tǒng)重要的組成部分，在安裝、施工、維護、檢修試驗的各個環(huán)節(jié)均需嚴格遵守規(guī)范、規(guī)程，才能避免故障的發(fā)生，進而確保整個電力系統(tǒng)安全可靠運行。