摘要:本文結(jié)合某電廠110kV高壓電纜出現(xiàn)的終端故障,詳細(xì)地分析了其故障成因,并提出了解決的辦法。
電纜終端在制作和運(yùn)行中都應(yīng)具有能滿足電纜線路在各種狀態(tài)下長(zhǎng)期安全運(yùn)行的良好的連接特性和電氣絕緣結(jié)構(gòu),有良好的密封性并能承受一定的機(jī)械應(yīng)力,能經(jīng)受電氣系統(tǒng)各種原因引起的過電壓等。由于電纜終端的電場(chǎng)集中,結(jié)構(gòu)復(fù)雜;終端與電纜的連接制作要求高且必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行等,因此各種原因造成的故障總是頻繁發(fā)生。每次故障的發(fā)生,一般都會(huì)造成大面積的停電事故,其直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失很大。寶鋼分公司是國(guó)內(nèi)供配電系統(tǒng)較早主要采用電力電纜的企業(yè),有大量的各類電纜終端在運(yùn)行,歷史上曾多次發(fā)生電纜終端故障,以電纜終端放炮毀損為主,處理上只能更新(或改型)電纜終端,費(fèi)用比較昂貴。
一、故障概況
某電廠0號(hào)機(jī)110kV高壓電纜采用ABB公司的110kV1×1000mm2交聯(lián)聚乙烯電纜,配用進(jìn)口電纜終端,在進(jìn)行例行巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器側(cè)A相終端嚴(yán)重漏油,立即安排停機(jī)進(jìn)行解體檢查。檢查發(fā)現(xiàn)終端下部的隔離橡膠密封環(huán)處開裂,開裂處的電纜表面有3處爬電的痕跡,由此可以判斷隔離橡膠密封環(huán)開裂是由于此處有電纜表面放電高溫引起。電纜終端內(nèi)部的PVC包扎帶已部分松散,包扎部位近隔離密封環(huán)密封面上部的電纜半導(dǎo)電外屏蔽層有約10mm寬的環(huán)狀隆起,環(huán)狀隆起上下間的半導(dǎo)電層導(dǎo)電電阻高達(dá)50MΩ(正常值約為1kΩ/1mm,10mm應(yīng)為1MΩ),半導(dǎo)體外屏蔽層被分成終端外和終端內(nèi)2段。3處爬電均沿Z軸方向擊穿10mm寬的環(huán)狀隆起帶,在上述2段半導(dǎo)體外屏蔽層間形成爬電通路。爬電通路處被蝕出深達(dá)3mm的凹陷,深入屏蔽層下的主絕緣。電纜終端內(nèi)的應(yīng)力錐上環(huán)氧涂層已經(jīng)龜裂和脫落,提示在應(yīng)力錐體附近出現(xiàn)高溫。
二、原因分析
0號(hào)機(jī)采用的進(jìn)口110kV終端結(jié)構(gòu)是一種增繞絕緣式結(jié)構(gòu),通過增繞絕緣使電纜終端處的等效半徑增大,從而減小了金屬擴(kuò)套邊緣最大的場(chǎng)強(qiáng)。其應(yīng)力錐采用大曲率半徑的喇叭口金屬管,以改善電場(chǎng)在電纜金屬擴(kuò)套邊緣的集中程度,并在電纜上增繞絕緣帶,同時(shí)在瓷套內(nèi)充入絕緣油,提高其軸向電場(chǎng)強(qiáng)度,從而改善了電場(chǎng)的分布(見圖一)。在電纜終端制作時(shí),確定了主絕緣錐體尺寸和保護(hù)管起始尺寸后,刮削出主絕緣錐體和刮去半導(dǎo)體外屏蔽層,在規(guī)定的保護(hù)管起始尺寸套入2段保護(hù)套,然后在保護(hù)套的外面用PVC包扎帶按照規(guī)定尺寸包扎出增繞的絕緣層,從預(yù)制好的電纜終端尾管處穿過隔離橡膠密封環(huán),在上部將軍帽處用螺栓固定定位。在安裝工藝文件中對(duì)主導(dǎo)體剖出尺寸,主絕緣錐體尺寸、保護(hù)管套入的起始尺寸、PVC包扎的起始和收尾尺寸以及包扎厚度尺寸均有嚴(yán)格規(guī)定。
在拆開故障電纜終端后發(fā)現(xiàn)環(huán)狀隆起帶位置發(fā)生在保護(hù)管的結(jié)束部位與隔離橡膠密封環(huán)的上沿之間,保護(hù)管、包扎和隔離橡膠密封環(huán)之間的位置關(guān)系可見圖一放大部分,由此可知,保護(hù)管結(jié)束位置和隔離橡膠密封環(huán)沒有重疊,使得一段電纜半導(dǎo)體屏蔽層只有PVC包扎帶保護(hù),運(yùn)行若干年后,隨著絕緣油的滲入,使得電纜屏蔽層發(fā)生相溶,破壞了半導(dǎo)體屏蔽層的導(dǎo)電性能,電纜終端中的電場(chǎng)分布發(fā)生了突變。
保護(hù)管是一種有一定伸縮能力的高分子材料,在套入保護(hù)管時(shí)需用力拉下保護(hù)管,在此套入作業(yè)時(shí),在Z軸方向由于保護(hù)套伸縮的尺寸隨不同制作者的用力程度有不同的伸縮,有些可以被拉到超過隔離橡膠密封環(huán)的位置,有些會(huì)出現(xiàn)如本故障一樣的不重疊。雖然保護(hù)套外還包扎有一定厚度的PVC包扎帶,但是實(shí)踐證明在運(yùn)行一定時(shí)間后,電纜終端內(nèi)的絕緣油還是會(huì)逐漸透過PVC包扎層,滲入到電纜表面,絕緣油與電纜半導(dǎo)體外屏蔽層相溶后破壞了屏蔽層的半導(dǎo)體特性,形成了環(huán)狀絕緣帶。
為了驗(yàn)證絕緣油與電纜終端對(duì)電纜半導(dǎo)體外屏蔽層與電纜終端絕緣油進(jìn)行了24h的90℃加溫溶脹試驗(yàn),全部試樣出現(xiàn)膨起變形,絕緣電阻由1kΩ/1mm(換算到與電纜表面一樣寬度時(shí))變?yōu)闊o(wú)窮大,其導(dǎo)電性被破壞,與在電纜表面觀察到的現(xiàn)象一致。
當(dāng)電纜外屏蔽被分割成電纜終端內(nèi)外2段,環(huán)狀隆起分隔帶之間承受很高的電壓。由于內(nèi)部半導(dǎo)體屏蔽層長(zhǎng)度有限,與主導(dǎo)體之間的電容量較小(實(shí)測(cè)值為13pf),當(dāng)擊穿發(fā)生時(shí),擊穿能量較小。這種擊穿表現(xiàn)為燒蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生,在主導(dǎo)體上刻蝕出深達(dá)3mm的痕跡,同時(shí)也將隔離密封環(huán)燒穿引起漏油,照此發(fā)展下去的結(jié)果是終端放炮,進(jìn)而引起非常嚴(yán)重的事故。
三、采取的措施
通過故障分析可確定,本次故障的原因是電纜終端的制作時(shí)沒有注意到保護(hù)管的伸縮性會(huì)導(dǎo)致保護(hù)管的結(jié)束部位的不明確,加上所配的保護(hù)管長(zhǎng)度余量不足,不能確保每個(gè)終端制作好后保護(hù)管的結(jié)束部分穿出隔離橡膠密封環(huán),因此部分電纜終端在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)絕緣油進(jìn)入PVC包扎內(nèi)與ABB半導(dǎo)體外屏蔽相溶,破壞了外屏蔽的導(dǎo)電特性。
為此,在修復(fù)電纜終端時(shí),增加了一段保護(hù)管,確保保護(hù)管的結(jié)束尺寸在橡膠密封環(huán)外,處理完故障電纜終端后對(duì)其他5個(gè)終端也進(jìn)行了解體檢查,又發(fā)現(xiàn)了變壓器終端B相和SF6開關(guān)終端C相套管存在同樣的問題,部分終端已出現(xiàn)應(yīng)力錐環(huán)氧涂層下的主絕緣表面黃斑。相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力錐環(huán)氧層均有不同程度的龜裂,并伴有燒焦的氣味。剝PVC帶和保護(hù)套對(duì)電纜進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn),在隔離密封環(huán)處的半導(dǎo)電屏蔽層,已出現(xiàn)1圈深約3mm的環(huán)狀隆起,環(huán)狀隆起帶下的主絕緣表面也出現(xiàn)變黃。而保護(hù)套結(jié)束部分的隔離密封環(huán)以外的電纜均完好,這進(jìn)一步驗(yàn)證了先前的故障原因分析是準(zhǔn)確的,采取的修補(bǔ)方法具有針對(duì)性。
(1)只要是含油電纜終端就會(huì)存在電纜油與電纜半導(dǎo)體外屏蔽層相溶的可能,而一旦發(fā)生相溶必然會(huì)破壞屏蔽層的半導(dǎo)體特性,所以在終端造型時(shí)一定要重點(diǎn)審查絕緣油與半導(dǎo)體的絕緣方式,要考慮脹縮、脫落等產(chǎn)生泄漏的可能性;
(2)采用電纜終端制作時(shí)包扎的PVC增繞絕緣層不能阻隔絕緣油的滲透,只能延遲這種相溶性破壞發(fā)生的時(shí)間;
(3)含油電纜終端保護(hù)管的主要作用是阻隔絕緣油與電纜接觸,在制作電纜終端時(shí)必須保證套入保護(hù)管的尾端穿出電纜終端尾管處的密封橡膠環(huán)外,可作為該類終端技術(shù)要求予以明確;
(4)由于PVC包扎可以延遲相溶破壞的發(fā)生,已經(jīng)通過各項(xiàng)試驗(yàn)的運(yùn)行電纜可以在運(yùn)行若干年甚至10年后才出現(xiàn)此種破壞。因此運(yùn)行中的含油電纜終端必須定期檢查電纜終端管內(nèi)油壓和電纜尾管部位的密封情況,一旦檢查發(fā)現(xiàn)漏油應(yīng)立即停運(yùn)處理,避免終端放炮。本電纜終端采取措施修復(fù)后運(yùn)行至今已有多年,沒有再出現(xiàn)異常情況,可以確證該故障從發(fā)現(xiàn)、分析、處理上是成功、有效的,且是經(jīng)濟(jì)的。
