35 kV电缆中间头局部放电引起接地故障的分析与处理

刘立灿

（邯郸钢铁集团有限责任公司能源中心，河北邯郸 056015）

1 故障经过

邯郸钢铁集团某220 kV变电站有三段35 kV母线，主供一个轧钢厂、三个炼钢厂以及一座35 kV变电站。35 kV三段母线经主变35 kV侧中性点经消弧线圈接地，属于小电流接地系统，系统接线如图1所示。

图1 220 kV变电站35 kV系统接线图

某天变电站中央信号系统发出35 kV I段母线系统单相接地预告信号，然后自行解除，属于瞬时接地，组织运维人员排查，没有发现明显接地点。两天后35 kV I母线又发瞬时接地信号，同样没有查到明显故障点。随着时间的推移，35 kV I段母线发出瞬时单相接地信号的间隔越来越短，几天后发展成每天发1～2次瞬时单相接地信号，说明系统存在可恢复的单相绝缘击穿故障，这种瞬时接地故障能引起非接地相电压升高，甚至引起内部过电压，可能会造成非故障相绝缘薄弱处击穿，继而引发相间短路故障，对系统安全运行构成严重威胁。

由于35 kV系统中性点经消弧线圈接地，因此接地电容电流经消弧线圈补偿后很小，根据以往接地选线装置选线结果，一般不能准确选出接地回路。

为尽快查出故障点，一方面安排电缆运维人员对配出电缆进行全面检查，检查电缆有没有挖掘砸伤破坏、有没有明显的接地打火冒烟现象，经细致排查，仍然没有查出明显的故障点。另一方面，制定了将35 kV I段母线配出的5路电缆分别转移负荷拉路停电判断的方案，即将35 kV I段某一路35 kV电缆负荷转移后将该路电缆停电，观察35 kV I段母线是否发瞬时接地信号；当将送35 kV变电站一路的电缆转移负荷停电后，35 kV I段母线不再发瞬时接地信号，确定该路电缆存在较大的故障嫌疑。

2 故障的判断与处理

送35 kV变电站一路的电缆由3根单芯交联聚乙烯铜芯电缆组成，单线长度为3 km，每相电缆有5个中间接头，除中间接头处，其余均使用电缆卡具将三相电缆固定为品字形，全线敷设在地下电缆隧道内。将该路电缆转检修后，按照如下步骤进行判断。

2.1 外观检查

对送35 kV变电站一路电缆进行全面仔细检查，重点检查电缆、电缆接头、避雷器、接地线外观有无破损、有无放电烧蚀痕迹等，除发现电缆隧道内局部积水外，均未发现异常。

2.2 避雷器试验

35 kV线路避雷器为氧化锌避雷器，对避雷器进行试验，试验数据见表1。

表1 线路避雷器试验数据

从表1数据可以看出，三相避雷器试验数据均为合格，可以排除避雷器发生故障的嫌疑。

2.3 电缆试验

先分别测量三相电缆的主绝缘电阻，测量结果如表2。

表2 电缆三相主绝缘电阻

从表2可以看出，A相电缆的绝缘电阻明显低于B、C两相电缆的绝缘电阻，A相电缆绝缘应该存在绝缘缺陷。

为进一步判断其绝缘状况，对三相电缆分别进行直流耐压试验，依据《电力设备预防性试验规程》（DL/T596-2005）11.3.1条的规定，试验电压为78 kV，耐压时间为5 min。在对A相电缆直流耐压试验时，当电压升至60 kV时，主绝缘击穿，试验设备跳闸。对B、C两相电缆进行直流耐压试验，顺利通过78 kV、5 min耐压。从直流耐压试验结果可以得出A相主绝缘不合格，变电站35 kV I段瞬时单相接地是由于送35 kV变电站一路电缆A相主绝缘击穿引起。

2.4 故障点的查找与处理

通过对35 kV变电站一路电缆进行直流耐压试验，可以判断出A相电缆主绝缘存在故障。继续安排运维人员对A相电缆外观进行仔细查找判断，仍然没有发现明显故障点，不能确定故障点的具体位置。

为此，采用球隙放电的方法对A相电缆进行脉冲放电，根据绝缘击穿点会发出“啪、啪”的放电声音来确定故障点。球隙放电接线如图2所示。

图2 35 kV电缆球隙脉冲放电接线图

由于直流耐压试验时电缆的击穿电压为60 kV，因此通过调整球隙距离，将放电电压调整为60 kV，这样确保电缆绝缘击穿点能够产生脉冲放电，发出“啪、啪”的放电声音。同时，安排运维人员沿35 kV变电站一路电缆敷设路径对电缆进行检查，当检查到A相电缆线路1.5 km处第3个中间接头处，该电缆头发出“啪、啪”的放电声音，确定故障点就在该电缆头处。

停止对A相电缆的球隙脉冲放电，对该电缆充分放电并可靠接地，打开故障电缆头，发现自芯线压接管处沿主绝缘外表面有明显的树枝放电痕迹，如图3所示。

确定该电缆接头绝缘击穿是自压接管沿主绝缘表面发生树枝化局部放电发展成为贯穿放电通道。由于沿电缆主绝缘表面树枝化放电通道较长，再者系统电容电流经消弧线圈补偿后变得很小，不能形成持续的弧光放电，击穿放电对主绝缘的损伤较小，因此只形成频繁的瞬时击穿接地。

图3 35 kV电缆中间接头树枝化放电

将A相存在放电故障的电缆头锯掉，重新制作新的电缆接头，对A相电缆重新进行电气试验，测量绝缘电阻值为1800 MΩ，直流耐压78 kV、5 min，试验合格。送电运行后一切正常，没有再发系统瞬时接地故障信号。

3 故障分析及防范措施

通过故障的查找和判断，变电站频发35 kV系统瞬时接地预告信号的原因是由于送35 kV变电站一路A相电缆中间接头的树枝化局部放电发展成贯穿的放电通道击穿放电引起，为此，制定如下有针对性的防范措施。

3.1 提高电缆头制作质量

由经过专业培训的电缆头制作人员严格按照电缆头制作流程制作电缆头。电缆头制作环境要求空气干燥、无尘，必要时需搭建临时帐篷，与外界环境隔离；做头人员需戴专用口罩、手套，防止口鼻呼出的水蒸气、手上汗液粘附到电缆绝缘体表面；压接管、导体上的突起、毛刺要挫平；绝缘体表面要打磨平滑，细小颗粒要清理干净。通过以上措施，可以有效防止局部电场集中对绝缘的破坏，防止电缆头局部放电的发生。

3.2 改善电缆头运行环境

对电缆隧道加强维护，防止电缆隧道渗漏水积水，严禁积水浸泡电缆头。加强隧道通风，降低隧道内湿度。

3.3 定期进行电缆电气试验

根据电缆负荷大小、运行环境、运行年限，及时安排电缆预防性试验，发现电缆潜在缺陷。对于负荷较大、运行年限较长的电缆线路，一般试验周期为1年左右；负载较轻、运行环境良好的电缆可延长电气试验周期，但一般不超过3年为宜。直流耐压、泄漏试验可以有效地发现电缆的绝缘缺陷，是检测绝缘缺陷最为有效的手段。

3.4 对运行中的电缆进行局部放电在线监测

在电缆接地线上安装超高频电流互感器，使用局部放电监测仪检测超高频互感器二次信号，可以检测整条电缆的局部放电量、放电脉冲的大小；使用局部放电在线监测仪对电缆头进行超声波局部放电检测，可以检测电缆头的放电位置；与耐压试验配合，可以有效发现电缆头的集中缺陷，预防突发事故。

4 结束语

电缆线路是电力系统重要的组成部分，在安装、施工、维护、检修试验的各个环节均需严格遵守规范、规程，才能避免故障的发生，进而确保整个电力系统安全可靠运行。