一起35kV融冰电缆绝缘故障分析

一起35kV融冰电缆绝缘故障分析

张进曾慈文熊云李威刘要峰龚文博

（国网南省电力有限公司检修公司，湖南长沙410004）

摘要：本文针对一起35kV融冰电缆绝缘故障发生的原因进行了分析，例行试验发现融冰电缆进线柜内C相电缆端头处存在绝缘层破损现象，随即开展诊断性试验并发现融冰电缆绝缘电阻值不合格，诊断结果认为该电缆绝缘层在融冰过程中因热效应而产生了一定损坏，再加上柜内驱潮效果不理想与密封不严等因素是主要原因。针对此次绝缘故障，对直流融冰电缆开关柜提出了改进策略，供相关专业人员参考。

关键词：35kV开关柜；融冰电缆；外绝缘；故障分析

引言

融冰装置作为处理冬季线路覆冰的专用设备，其原理是将线路本身所传输的电能转换为热能使线路覆冰融化脱落[1]。按照融冰方式分为交流融冰和直流融冰两种，交流融冰的实质是基于电磁感应的集肤效应、圆环效应及邻近效应的涡流感应加热[2]；直流融冰利用线路在直流电流下只有电阻消耗电能发热，因此施加在线路上的电压较交流小得多，电源容量也小得多。湖南电网现有融冰装置绝大部分只有在常规例行试验和融冰时带电，日常情况下不带有电压和电流。

220kV竹园变电站位于株洲市炎陵县城外5公里处，变电站三面环山，周边山林茂密，常年湿度较大。站内融冰装置一次接线图如图1所示，按照融冰方式分为直流融冰和交流融冰两种。

图1竹园变电站融冰装置一次接线图

直流融冰时，合上454开关，电流经35kV开关柜母线至融冰户外35kV母线，通过#1整流变（短线路融冰用）、#2整流变（长线路融冰用）变压后进入整流装置，整流装置输出直流电流经2011A、2021B、2031C隔离开关及直流融冰电缆进入融冰电缆进线柜母排；交流融冰时，合上454开关，电流经35kV开关柜母线至融冰户外35kV母线，并经4543隔离开关及交流融冰电缆进入融冰电缆进线柜母排。融冰出线电缆通过4507（至110kV设备区）、4607（至220kV设备区）与融冰电缆进线柜母排连接。为保证通流能力，交流融冰电缆为两组三芯电缆并联，直流融冰电缆为两组单芯电缆并联。为便于描述，根据电缆进线柜中电缆与母排连接位置区分左右。

1.故障发现过程

2018年9月28日，试验人员对融冰装置进行例行试验，外观检查发现融冰电缆进线柜内C相右侧电缆（至4543隔离开关）的电缆头上部有一明显绝缘破损点。对电缆使用5000V兆欧表进行绝缘电阻测试试验时，发现融冰电缆进线柜至融冰室2021B隔离开关B相左侧电缆、融冰电缆进线柜至4543隔离开关A相右侧电缆、融冰电缆进线柜至4543隔离开关C相右侧电缆均有明显放电声，且融冰电缆进线柜内其他电缆主绝缘电阻1min值均低于10000MΩ。为考核电缆绝缘情况，随即对主绝缘电阻不合格的电缆进行了交流耐压试验，发现融冰电缆进线柜至融冰室2021B隔离开关B相右侧电缆、融冰电缆进线柜至4543隔离开关A相左侧电缆、融冰电缆进线柜至4543隔离开关C相左侧电缆在电压升至52kV前均发生闪络。

2.检查及试验情况

融冰电缆进线柜内部结构如图2所示。检查融冰电缆进线柜，内部所有设备都能观察到凝露现象，同时发现融冰电缆进线柜内至4543隔离开关的电缆C相右侧电缆终端头上部有一明显绝缘破损点，如图3所示。

图2融冰电缆进线柜内部结构图3融冰电缆C相右侧终端绝缘破损情况

对融冰电缆进线柜内电缆进行诊断性试验，项目包括5000V绝缘电阻及交流耐压试验。绝缘试验时，至2021B隔离开关左侧电缆、至4543隔离开关A相右侧电缆、至4543隔离开关C相右侧电缆均在5000V时听到明显放电声，其中至4543隔离开关C相右侧电缆在电缆进线柜内终端头根部与柜体底部可见明显火花放电。

3.故障分析

融冰装置作为处理冬季线路覆冰情况的专用设备，只有在常规例行试验和融冰时带电，日常情况下不带有电压和电流。

竹园变融冰装置在2017年例行试验时，所有设备均合格。2018年1月至2月，竹园变进行了3次融冰操作。融冰电缆进线柜内至4543隔离开关的电缆C相右侧电缆终端头上部的绝缘破损应为在融冰过程中发生电击穿或热击穿造成，进线柜内其他电缆终端头均因受热产生了密封受损，但当时电缆主绝缘并未完全击穿失效。

融冰电缆进线柜内干燥环境主要通过密封、驱潮风扇和加热驱潮装置保证，根据图2，可以看出柜内驱潮风扇和加热驱潮装置配置容量并不能满足要求，加上密封不严，潮气通过电缆密封薄弱位置侵入电缆内部，造成内部受潮，最终导致绝缘失效。

4.结论及建议

1）结论

a.此次故障产生，主要原因是电缆终端制作工艺不良，导致经过大电流发热后电缆终端密封受损；次要原因是柜体密封不严、驱潮装置容量不足，导致潮气入侵到密封受损电缆内部，最终造成电缆绝缘失效。

b.此次故障电缆使用的终端均使用热收缩弹性较小的热收缩附件及工艺，融冰电缆作为长时间不带电设备，经过短时间的大电流融冰运行，热胀冷缩极可能使界面产生气隙，造成潮气侵入。融冰电缆终端应使用性能更稳定的冷缩式附件及工艺。

2）建议

a.对于固定式融冰装置，电缆终端应尽量设计安装在室内环境，同时配备足够容量的驱潮装置，最大可能的降低电缆终端受潮的风险。

b.对220kV竹园变融冰电缆进线柜内全部电缆进行更换，并使用盘缆，为新电缆再次出现故障保留充分的裕度。

参考文献

[1]马晓红.柏瑞.输电线路交流融冰方法应用现状及适用性分析[J].电工技术，2014,12:1-13.

[2]胡旭东.电磁感应加热理论研究及强力感应加热器设计[D].天津：河北工业大学，2004．

[3]彭曙蓉.郝伟伟.翟云峰.交直流融冰电源的研究及应用[J].电力学报，2015,30（4）:301-304.