普光气田P302集气站高压电源故障分析及处理措施探讨

摘要：结合普光气田P302集气站高压电源故障，分析了产生故障的原因及机理，指出了高压电缆在遇到雷雨天气时，一旦感应雷侵入熔断器下侧的高压系统可能会造成非常高的过电压，若是母排的隆起点的尖端有放电效应，即可使此处的电场更加恶化，就可能导致高压击穿空气间隙和冷缩绝缘管后对铜屏蔽放电，造成高压柜内熔断器动作。在此基础上，提出了有效的处理措施及方法：更换高压电缆，重新制作单芯冷缩终端头并对其进行绝缘及耐压试验；同时，重新在高压环网归底部前端开孔，使高压电缆穿入接线后冷缩绝缘管防护的部分与高压之间的距离能到达350mm。

关键词：高压电缆；故障；感应雷电压；尖端放电；处理措施

中图分类号 TF804 文献标识码：A

1集气站供配电简介

普光气田P302集气站是由江汉油建川东北项目部承建，于2008年11月初开工，2009年3月15日竣工。

P302集气站内撬块用电设备、通讯、仪表及自控系统、应急照明为一级负荷，站内采用双电源供电。集气站正常电源采用35kV高压电缆YJV32-35kV 3（1×95）从站外架空线路直埋引入至站控室的高低压配电室。集气站备用电源采用燃气发电机。高低压配电室安装35kV高压环网柜、干式变压器柜及低压配电柜。高压环网柜内安装有手动刀闸、高压熔断器、避雷器。进线高压电缆YJV32-35kV 1×95接于刀闸上端，出线电缆YJV-35kV 3×50接于高压熔断器下侧至干式变压器。集气站高低压供配电系统如图1所示。

图1集气站高低压供配电系统图

2 第一次故障

2.1故障概况

2009年6月7日凌晨4点40分左右，P302集气站内正常电源发生故障，集气站内发电机启动运行，站内转为备用电源供电。检查高压环网柜上进线侧带电指示器灯显示有电，出线侧带电指示器灯熄灭。打开高压环网柜，发现B、C两相熔断器动作后刀闸被顶跳，造成高压环网柜刀闸下侧至干式变压器失电。拉开站外线路电杆上跌落式熔断器，打开高压环网柜并对内部高压部件进行检查未发现任何异样。对高压柜内进线和出线高压电缆及其冷缩终端头仔细检查也未发现放电或击穿后的电痕碳化现象。对高压电缆进行绝缘及耐压试验均正常且合格。后检查变压器、避雷器、接地系统，对其进行试验也未发现任何问题。

2.2故障判断

由于当天凌晨2点至6点普光出现了雷雨天气，而35kV线路安装有避雷线，因此基本排除了直击雷的可能性，判断存在感应雷过电压入侵。感应雷过电压为300～500kV。因此当感应雷过电压侵入高压系统造成了虽然符合规范要求但绝缘水平相对薄弱的高压电缆YJV-26/35kV3×50出现了闪络故障，高压熔断器动作顶跳刀闸。

此次故障判断为雷电压偶然侵入，雷电压的偶然侵入几率很小以并且有很大的不确定性。为尽快恢复站内正常电源，更换了熔断器，合上刀闸及站外跌落式保险恢复供电。此后一直运行正常，经历几次雷雨天气也未出现任何情况。

3 第二次故障

3.1故障概况

2009年11月10日上午10点多左右，天气为雷雨天，P302集气站302站控室低压系统双电源切换故障，发电机回路和正常电电源回路来回切换不停。查进线表计的两段电源电压显示为：发电机230/230/229(单相)，正常电源150/23/185 (单相)。

根据普光电力调度中心当日事件记录，由普光220kV变电站供电的35kV线路曾在10点左右受到雷击导致变电站内的出线断路器跳闸后重合闸。由35kV线路供电的普光P301集气站、P303集气站、集气末站、污水站、净化厂等均出现停电现象，但重合闸后马上恢复正常供电。而P302集气站重合闸后出现了发电机回路和正常电源回路来回切换不停的情况。检查高压方面，未发现开关跳闸情况。在拉开刀闸时，发现B相熔断器动作。

3.2故障判断

两次故障情况基本相似，均出现在雷雨天气。因此判断高压系统内存在某个故障点在上次未分析查找出来。此故障点在额定工作电压下可以正常运行。当感应雷电压的侵入则会立即激发了该故障点的缺陷，导致绝缘被击穿。拉开站外线路上的跌落式熔断器后，对柜内元件、电缆、电缆终端头进行初步检查表面均完好。将高压电缆解开并将避雷器取出对高压环网柜做整体耐压试验，耐压试验合格。避雷器、高压电缆也单独进行试验，结果符合规范要求。重新对所有环节进行检查，后在电缆终端头的冷缩管根部上发现有一个很细小的白点似电灼痕迹。将冷缩套管用刀破开，发现电缆铜屏蔽层有碳化痕迹，但电缆绝缘层未发现任何损伤。判断外部高压击穿冷缩绝缘管后对铜屏蔽层放电。后经检查正对此击穿点的高压母排上有凸出状隆起点。

4 产生故障的原因、机理分析

4.1感应雷的侵入

高压柜及35kV线路终端杆上安装有避雷器，在实际过程中，存在电缆线路在遭受感应雷时被击穿的情况。虽然高压系统有氧化锌避雷器的保护作用，但对于部分持续时间长的雷电压保护效果有限。因此存在部分雷电流侵入站内高压系统，此时瞬时产生超过运行电压几十倍的过电压。而高压环网柜中的避雷器布置在熔断器下侧，侵入的雷电流首先通过了熔断器后再通过避雷器泄流。这样感应雷电压侵入了熔断器下侧的高压系统。感应雷电压的侵入，造成了高压系统电场的急剧恶化。

4.2高压电缆终端头的结构及实际布置方式（图2）

图2电缆冷缩终端结构及布置

如图2所示，电缆终端头从内向外依次的结构为导体线芯、内半导体屏蔽层、绝缘层、外半导体屏蔽层、铜屏蔽层、冷缩绝缘管。电缆终端头制作时，其铜屏蔽层、外半导体屏蔽层在制作终端头的过程中按照制作工艺被剥除约300mm。这样在电缆终端头内部高压沿着绝缘层表面至半导体屏蔽层的距离超过放电距离。电缆终端头制作完毕后，高压沿着冷缩终端的雨裙表面的爬电距离也远远超过了放电距离。因此电缆也能够经受住过电压试验（35kV电缆耐压试验时，单相对地试验电压为52kV）。在接线布置中，高压环网柜熔断器下侧通过一段铜母排与避雷器连接，出线高压电缆的三相终端头接在此段铜母排上。由于柜内高压元件本身布置很紧凑的原因，出线高压电缆的三相终端头接线位置狭小，三相终端头其冷缩绝缘管包护的部分与母排紧贴。根据厂家技术部门介绍，冷缩绝缘管壁厚3mm，介电强度到达了26kV/mm，理论上远远满足绝缘要求。后为增大保险系数，在高压柜内增加一段铜母排，使三相终端头接线后与铜母排距离达到50mm。但根据实际运行情况结果表明，一旦过电压达到一定程度，冷缩绝缘管及空气间隙仍然会被击穿（图3）。

图3冷缩绝缘管安装示意图

4.3尖端放电

根据尖端放电原理，在过电压的作用下，铜母排上的尖端点电场强度急剧增大出现尖端放电将冷缩管击穿对铜屏蔽层放电。

综上所述，高压电缆在正常运行时，高压母排由于与电缆本体间有50mm的距离和冷缩绝缘管的防护，因此无法击穿空气间隙和冷缩绝缘管对铜屏蔽层放电。但是当雷雨天气时，一旦感应雷侵入熔断器下侧的高压系统造成了非常高的过电压。同时母排的隆起点的尖端放电效应，使此处的电场更加恶化，最终导致高压击穿空气间隙和冷缩绝缘管后对铜屏蔽放电，造成高压柜内熔断器动作。

5 处理措施及方法（图4）

图4 整改后的接线示意图

（1）原高压电缆YJV-35kV3×50被击穿，且三芯电缆接线较为麻烦。因此更换高压电缆为YJV-35kV1×50后重新制作单芯冷缩终端头。制作完毕后对其进行绝缘及耐压试验。

（2）重新在高压环网归底部前端开孔，使高压电缆YJV-35kV1×50穿入接线后冷缩绝缘管防护的部分与高压之间的距离能到达350mm。

作者简介：张华（1982—），男，工程师。2004年毕业于湖北三峡大学电气工程及其自动化专业，现中石化江汉油建工程有限公司从事工程项目管理工作。发表专业学术论文1篇。