极端天气引发的电缆终端故障及处理

极端天气引发的电缆终端故障及处理

王琛

江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011

摘要：2021年初江苏南部受持续性极端寒潮影响，某电厂220KV 主变GIS侧电缆终端相继发生单相接地故障。本文从故障象征及通过对故障设备开展实验室分析，阐明电缆终端的故障原因。并介绍了将油浸电缆终端全部更换为干式终端处理过程及关键点。为后续部分电厂GIS电缆终端选型及改造提供借鉴及参考。

关键词： 电缆 终端 故障 处理

0引言

该电厂机组为2×475MW燃气-蒸汽联合循环发电机组，2015年底投产。主接线为机-变-线组，运行方式为电网调峰机组，投运至今单套机组启动达572次。机组正常启停通过发电机出口开关与系统并列与解列，厂用电经主变、高厂变倒送供电。有时为进一步节能降耗减少主变损耗，会将厂用电切至备用变压器供电，主变、高厂变空载送电中。220KV为室外GIS布置，主变与GIS通过电缆连接，电缆长度约100米，截面2000mm²。220Kv电缆与户外GIS套管连接电缆终端为油浸终端。

1 事件经过

2020年底苏南受持续性极端寒潮影响，温度较同期低10℃左右，最低温度达零下-7℃。2021年1月1日和1月3日，220Kv两条线路开关相继跳闸，故障情况相同。主变、高厂变失电（机组停运中、主变空载）,就地检查主变220KV GIS侧开关C相电缆终端故障绝缘筒破裂,有明显的故障击穿点。查主变保护A/B柜三侧差动保护动作，动作相别BC相，其它保护无动作。线路两套保护有启动信号，无保护动作，线路操作箱跳1、跳2，ABC三相红灯亮，主变动作出口联跳。220KV故障录波器查看电压、电流波形为典型220KV C相接地波形，C相二次侧电流最大，C相电压降低。变电所反馈对侧线路保护：C相距离一段、远跳出口。

2 故障原因分析

通过对电缆本体切断取样进行绝缘性能分析：电缆绝缘及机械性能测试符合符合《GBT 18890.2-2015 额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件 第2部分：电缆》中的要求。检测结果见表1。

表1

对故障电缆终端进行分析，应力锥抗撕裂强度、硬度均满足标准参数要求，应力锥与电缆绝缘的界面压力计算结果见图1，应力锥与电缆绝缘界面压力均超过0.04Mpa，满足设计要求。

图1

取故障点及损伤点处XLPE主绝缘本体，对其进行高温加热或热硅油浸煮，对电缆事故通道开展形貌观察见图2、图3。通过检查发现事故位于应力锥顶端与电缆本体抱握的结合缝部位，事故的放电通道由应力锥与电缆结合面一侧通过，沿放电起始点经过应力锥半导结构接地。结合考虑两次事故的发生条件雷同、事故部位相似等重要因素，可初步判断事故电缆终端的事故触发条件符合外部因素触发，与终端结构的质量无本质关联。事故发生时的外气候条件较为恶劣，温差大、电缆GIS终端长时间接近空载状态，综合考虑该油浸电缆终端的结构，分析气温骤降内部压力降至临界状态，导致电缆与应力锥界面压力丧失引起绝缘故障。

图2

图3

3改造处理

为防止极端气温变化对油浸电缆的影响，可以在终端上增加油压补偿器。但电厂考虑机组运行方式启停调峰频繁，干式终端实际应用也较为成熟，加上目前电网也推荐使用干式电缆终端。决定将油终端升级为干式电缆终端。

更换干式终端具体步骤：对改造线路停电进行相关安全隔离处理。对GIS室的六氟化硫气体进行回收处理，直至GIS室形成一定的真空度，随后排入空气。GIS厂家负责拆除GIS仓体内电缆终端顶端的GIS连接金具部分，将充油GIS终端连同电缆从GIS仓体退出并拆除。排放原GIS终端内的绝缘油，依次从顶部开始解体终端，所有部件不再使用，注意不能损伤电缆表面，以备后续安装新终端。GIS终端底部抱箍位置可能需要微调，具体要看每条电缆回路当前充油式GIS终端底下的抱箍是否离新的干式GIS终端过近。一般第一个抱箍离终端底部约0.5～1m，允许小幅变化。按新产品的工艺，在保留原电缆的基础上，处理和准备电缆端头按新产品工艺，完成终端装配。将新装的干式GIS终端穿入GIS仓体，恢复GIS终端的顶部连接金具，清理GIS室，恢复GIS筒体密封。对GIS室抽真空，并检查其密封性。恢复GIS仓体SF6压力，按GIS规范进行微水测量等工作。最后进行220kV电缆及开关耐压试验、对电缆加做局放测试。需要注意的是由于故障影响，会导致接近故障点处电缆绝缘存在潜在异常。本次通过截取故障点处电缆进行高温热硅油浸煮，发现故障电缆接近故障点的内屏蔽结构上多凸起，所以在制作新的电缆终端接头时，需考虑多截去部分电缆。

参考文献：

[1]GB/T 18890.2-2015《额定电压220kV (Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件 第2部分：电缆》 ［S］

作者简介：王琛（1970-），女，江苏常州人，工程师，高级技师；从事电厂电气技术管理工作。