谈黑河塘电站2007年两起电缆头击穿原因.doc

黑河塘电站2007年两起电缆头绝缘击穿 事故原因分析及对策 郑勇 姜綦川摘要：通过对2007年两起电缆绝缘击穿事故现象、事故处理、事故原因分析，找出电缆绝缘击穿的原因，提出防止本流域新建电站发生该类事故的建议。关键词：电缆头、绝缘、击穿、工艺一、 白水江流域简介：白水江系白龙江上游河段右岸的一级支流，发源于四川阿坝藏族羌族自治州的岷山山脉，白水江干流全长287km，天然落差2958m，水利资源理论蕴藏量61.5万Kw，干流梯级开发方案为“一库七级”。 白水江流域自上而下梯级开发下列电站：多诺（龙头水库具有不完全年调节）、黑河、陵江、黑河塘、永乐、双河以及青龙共七个电站梯级电站，总装机约572MW, 年联合发电量约为23.7亿KWh。流域内建设双合联合开关站，各电站最终均通过该开关站将电能集中送往电力系统。到目前为止（2006年12月），黑河塘电站和双合联合开关站已投入运行，双河电站正在施工建设中，预计2008年12月拟投入第一台机组运行，多诺、青龙电站也于2007年开工。位于九寨沟新县城的集控中心于2007年4月投运，对各电站/开关站进行统一监控管理，实现七个梯级电站、一个联合开关站的“无人值班”运行管理模式。黑河塘电站属一库七级方案中的第四级梯级电站。电站于2003年4月开工建设，2006年12月正式投入商业运行。电站装设2台单机容量为43MW的机组，单机额定流量27.13 m/s，具有日调节能力。二、黑河塘电站两期起电缆头绝缘击穿事故的现象及处理过程：1、闸用变14B高压侧A、C相电缆头绝缘击穿造成相间短路1.1 事故现象2007年2月1日11：51分，值班员在中控室听到一声巨响，同时上位机发出“ 13.8kV闸首变14B保护装置动作”、 “13.8kV闸首变14B高压侧断路器14DL分闸”、“ 闸首400V段进线405DL分闸”等信号。1.2 处理过程11：52运行人员根据上位机发出的上述信号，立即对13.8kV室14DL及闸用变14B进行检查，发现13.8kV室有强烈胶臭味，闸用变14B本体高压则有电弧燃烧痕迹，检查闸用变14B保护装置上有“A、C相速断保护动作”信号。运行人员立即对闸用变14B进行了检修安全措施，经过原安装单位重新制作该电缆头后，闸用变14B投入运行。2、厂用变11B高压侧断路器11DL下端电缆头C相绝缘击穿事故2.1 事故现象2007年2月9日17:24:44上位机发“1F定子接地”信号，随即1DL分闸（17:24:44），1F机组启动事故停机流程。2.2 处理过程当值值守长立即派人监视1F机组停机过程，安排另一组人员对1F机组及出口断路器1DL进行检查，在走至13.8kV开关室门口时，听见从发电机出口配电室传来放电声，并伴随有胶臭味，确定声音是从13.8kV厂用母线处传来,立即在上位机上立即拉开厂用限流电抗器电源侧断路器3DL（17:27），放电声消失。对13.8kV I母及13.8kV厂用母线进行检查，检查13.8kV I母电压正常（Ua7.85KV、Ub7.87KV、Uc7.86 KV、Ubc=13.4KV ），在对13.8kV厂用母线检查时发现厂用变11B高压侧断路器11DL下端C相电缆头绝缘严重损坏铜线已裸露，B相绝缘严重损坏。电缆头绝缘被击穿后请专业人员对11DL下端电缆头进行了重新制作。三、两起电缆被击穿原因：专业人员重新制作电缆头时发现以下问题：1、在电缆头三叉口处前的应力管应套在三叉口的套上才起作用，而原来的应力管没有套在三叉口的套上，距三叉口的套有20mm距离，电缆屏蔽层露出，没有对三叉口的套和屏蔽层起保护作用，有感应电压时会对三叉口处进行放电，从而造成三叉口电缆损坏。(图1)应力管屏蔽层三叉口套 (图1)2、应力管出口的半导体层一般为2025mm长，最多不超过30mm而原电缆头长达50mm，从而造成放电现象(图2)。此次制作的电缆头为冷缩制作(原电缆头为热缩制作)，制作完毕后进行了高压试验正常。半导体层应力管 （图2）四、两起事故的原因分析两起事故前后不到十天，引起了黑河塘项目部高度重视，通过绝缘组合理论和介质击穿理论的分析讨论，我们认为致使两起电缆发生事故的原因如下：1、电缆运行环境引起的绝缘击穿故障：1.1长期过负荷运行导致电缆绝缘薄弱处被击穿，11B高压侧额定电流为26.4A且长期运行电流只有5-8A。1.2电缆绝缘层长期受化学腐蚀，造成电缆铠甲和铅包大面积长距离被腐蚀，引发电缆接地或相间短路。黑河塘电站位于九寨旅游圣地基本无化学工业，电缆附近更无化学物品。所有电缆运行环境引起的绝缘击穿故障被排除。2、电缆头由于现场环境、制作工艺较差和制作质量不当导致引起的电缆故障：2.1安装制作现场环境引起绝缘故障：2.1.1电缆头在安装制作时没有注意防潮，在雨天、雾天、大风天做电缆头，平均气温低于0时，电缆没有应预先加热。制作人员没有控制好施工现场的温度、湿度，导致绝缘中有潮气侵入为以后的运行埋下隐患。2.1.2电缆头在工厂制造时环境要求都很高，黑河塘电站电缆头均为现场制作。当时黑河塘电站正在全面施工建设，现场施工条件脏、乱差，灰尘较重，施工人员不注意现场施工条件，施工人员没有保证手和工具、材料的清洁。在制作电缆头时灰尘等其它微小杂物和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，绝缘内有杂质对电缆安全运行造成严重隐患。2.2制作工艺较差引起绝缘故障：2.2.1在制作电缆接头时，由于压接工艺不当或压接质量不高，导致接头在运行中发热，使电缆绝缘逐渐老化引起电缆接地故障。2.2.2在制作电缆头时，由于电缆头封装物填充工艺不当，使电缆头不能良好密封，电缆受潮引发电缆接地。2.2.3电缆头在制作过程中，如果压接后的金属毛刺处理不干净，运行中就容易产生尖端放电，最终导致绝缘贯穿性放电。2.2.4户外电缆头在制作时，由于工艺较粗糙，电缆头密封、接地等处理不良，使得电缆头抵御雷电攻击的能力较差，容易造成电缆头雷击烧毁。黑河塘电站两起电缆头绝缘事件均发生在冬季，而且电缆头也安装在室内，无雷击事件也发生。2.2.5电缆头的制作质量不高而造成的。电缆头在制作过程中,如果半导电层爬电距离处理不够,制作时热收缩造成内部含有杂质、汗液及气隙等,在电缆投入运行后,都将使其中的杂质在强大电场作用下发生游离,产生树枝放电现象。另外,制作过程中,如果导线压接质量不好,使接头接触电阻过大而发热,或热收缩过度等造成了绝缘老化,从而使绝缘层老化击穿,导致电缆接地短路或相间短路,使电缆头产生“放炮”现象,同时伤及附近的其它电缆。2.3安装制作质量不高引起绝缘故障：2.3.1由于电缆安装时不小心造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。如果损伤轻微，在运行一段时间后损伤部位的破坏才发展到铠甲铜皮穿孔，潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成电缆接地。2.3.2如果是热缩制作的电缆头：电缆头应力管应套在电缆头三叉口上，最长不超过三叉口20mm，如果超过20mm将对三叉口起不到对保护作用，屏蔽层将不起作用。如果有感应电压时会对三叉口处进行放电，从而造成三叉口电缆损坏。2.3.3如果是热缩制作的电缆头：应力管出口的半导体层一般不应超过2025mm，如果超过容易造成绝缘击穿。由于目前对电缆接头没有规范的制作工艺、制作标准和程序。因此，在施工人员制作过程中往往凭经验和感觉，仅以电缆头感观上是否压平、压紧为依据，而这些往往又由于制作人员的不同而不同，它并不能完全保证电缆头的制作质量，为日后的运行埋下了隐患。综上所述，导致电缆故障的重要原因是制作工艺较差和制作质量不良。附电缆头结构如图3所示： （图3）五、采取的防范措施：电力系统联接各电缆的电缆头是电缆绝缘的最薄弱环节，两次电缆故障均为电缆头故障。从这两次事故的分析也可以发现，事故的原因是现场环境、制作工艺较差和制作质量不良导致。对上述事故，笔者建议建设、监理和运行单位对本流域新建电站，特别是已进入安装调试高峰期的双河电站和明年将投运的青龙电站，在电缆头制作时采取以下措施：1、在敷设安装前，严格要求施工单位控制电缆头的施工质量，特别是绝缘水平。在铺设电缆时，电缆沟要有良好的排水设施，减少电缆在安装过程中的弯曲半径,避免电缆有可能受到的机械创伤。保持内部干燥，防止腐蚀性气体或可燃性气体进入电缆沟。2、要求施工人员在现场安装制作电缆头时劲量保证施工环境，控制好施工现场的温度、湿度，在无尘、无污染良好条件下完成。防止潮气侵入，灰尘等其它微小杂物和砂布上的沙粒嵌入绝缘中。3、对现场制作电缆头进行全程质量跟踪，发现有质量问题及时提出，整改意见。4、要求施工人员必须对高压电缆进行高压预防性试验，提前发现问题，消除不安全隐患。5、检测电缆及接头的接地状态：用专用仪器检测电缆及接头的接地是否良好，分析掌握接地电阻的变化。因为如果接地电阻值远远超过正常设计值，就意味着要么电缆接地不牢固，要么接头部分有氧化现象等问题出现。6、电缆投运后定期和不定期的巡视、检查和测试，并认真做好记录。7、对全厂高压电缆运行温度、负荷进行