变电所高压电缆隐患分析与治理

2018-12-17

纯碱工业 2018年6期

(连云港碱业有限公司，江苏连云港 222042)

1 隐患现状

连云港碱业有限公司主6 kV变电所至辅助装置变电所Ⅰ、Ⅱ段进线电缆，6 kV变电所至生产装置变电所Ⅲ段进线电缆，1#、2#石灰变压器，1#～6#循环水泵，1#、2#煅烧变压器，1#、2#储运变压器，1#、2#成品变压器,南门变压器，1#、2#输化盐变压器等，使用的高压电缆型号为：YJLV22-3.6/6。6 kV辅助装置变电所是化工生产的枢纽变电所，正常采用两段母线分段运行方式，分别向空压站、压滤装置、循环水系统、钙厂装置、机修电修、办公大楼等设施提供电源。因近几年产能提升、设备增加、辅助装置变电所的负荷逐年增加，两段电源不能互备。一旦发生故障只有减产或停产待修，将给我厂带来巨大的经济损失。自投运以来已经运行32年，期间因电缆绝缘故障，多次发生事故，影响我厂电力系统的安全运行。经分析上述电缆存在以下安全隐患：

1.1 电缆绝缘屏蔽层存在缺陷

通过对故障电缆的解剖分析，发现故障电缆的半导电绝缘屏蔽层和绝缘层被缠绕包扎，部分半导体绝缘屏蔽层和绝缘层分离，并且外部水分直接进入间隙，到达屏蔽层和绝缘层之间，导致严重的水树枝，是导致故障的主要原因。

“水树枝”现象一般是由于线芯进水，或者交联绝缘有水，以及电缆与水相接触，产生水树枝。物理特征：水树枝有反复出现的特征，比如受热的情况会消失，而与水接触又会出现的特点。电气性能：水树枝发生的条件有两个：水和电场。在低电场的情况下就可以发生，而且不会有局部放电的现象发生，所以很难检测。化学特性：水树枝会导致绝缘电阻下降，介质损耗增加。从而导致电性能和物理机械性能下降。

上述电缆的半导电绝缘屏蔽层材料存在缺陷，不符合国标GB/T 12706.2-2008《额定电压1 kV(Um=1.2kV)到35 kV(Um=40.5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压6 kV(Um=7.2 kV)到30 kV(Um=36 kV)电缆》第7.1条之规定：导体屏蔽应是非金属的，由挤包的半导电料或在导体上先包半导电带再挤包半导电料组成，挤包的半导电料应和绝缘紧密结合。

1.2 电缆绝缘水平较低

小电流接地系统是指中性点未通过消弧线圈系统接地或不接地，当发生单相接地故障时，由于不能构成短路电路，接地电流往往远小于负荷电流。这种系统通常用于一般的66 kV及以下系统。

当在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，流过故障点的电容形成的电容电流非常小，而整个系统的中性电压则发生了偏移(偏移程度取决于接地故障的程度)而中性点对地电压即完全金属性短路，电压上升到相电压，未接地相的对地电压也上升(金属性短路上升到线电压)，但相对中性点电压和相间的线电压保持不变，所以整个系统可以保持，但由于电压上升，是由整个系统对地的绝缘好坏决定的，所以在绝缘损坏之前，最好及时消除故障，不要在这样的状态下运行很久。

我厂电力系统是6 kV小电流接地系统，当发生单相接地时(图1)，相电压将升高至线电压达到6.3 kV，且运行时间超过1 h。根据行业标准JBT8996-1999《高压电缆选择导则》第 4.2 B类：该类仅包括单相接地故障短时运行的系统，接地时间一般不超过1 h，但如果符合有关电缆产品标准规定，则允许运行较长时间。我厂上述电缆绝缘水平较低，相电压只有3.6 kV,当发生单相接地故障引起电压上升时，无法较长时间运行，需立即停电，以防引起故障扩大。

图1 发生单相接地故障

1.3 电缆终端头材料和制作工艺不符合国标

原电缆终端头使用绝缘胶带采用干包式工艺制作，不符合国标GB/T11033.2-1989《额定电压26～35kV及以下电力电缆附件基本技术要求电缆终端头》第 2.2条：电缆终端头按其结构和材质不同分为三类，各类终端的划分原则如下：一类终端头：高压极与接地极之间以无机材料作为外绝缘，并具有容纳绝缘浇注剂的防潮密封盒体的终端头。二类终端头：具有容纳绝缘浇注剂的防潮密封盒体的终端头。三类终端头：以高分子材料制作的终端头，包括现场制作的和工厂预制现场装配的终端。第2.3条：户内电缆终端可选用一类、二类或三类终端，户外端可选用一类或三类终端的规定。

干包式电缆头防水性、耐久性、美观度差，它只能敷设在开放状态，不能埋地敷设，安全性能差，接触部位如接触尖锐、外力的撞击，可能造成伤口绝缘胶带的损坏，造成漏电事故。

1.4 电缆桥架存在安全隐患

原电缆敷设路径穿越石灰装置区、盐水装置区、重碱装置区，区域内空气腐蚀大，粉尘多。部分电缆桥架严重锈蚀、支撑强度下降，出现倾斜，有坍塌的安全隐患。不符合国标GB50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》第4.2条的相关规定：4.2.1电缆支架的加工应符合下列要求：①钢材应平直，无明显扭曲。下料误差应在5 mm范围内，切口应无卷边、毛刺。②支架应焊接牢固，无显著变形。各横撑间的垂直净距与设计偏差不应大于5 mm。③金属电缆支架必须进行防腐处理。位于湿热、盐雾以及有化学腐蚀地区时，应根据设计作特殊的防腐处理。

2 治理技术方案

2.1 用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆替换现有的高压电缆

新型交联聚乙烯电缆的导体屏蔽层在生产过程中一次挤包成型，半导电料应和绝缘材料能够紧密结合(图2)。因此可以避免绝缘屏蔽层存在安全隐患。

图2 高压电缆解剖图

2.2 提高电缆额定电压U0

根据国标GB/T 12706.2-2008《额定电压1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压6 kV(Um=7.2 kV)到30 kV(Um=36 kV)电缆》第 4.1条之规定：U0-电缆设计用的导体对地或金属屏蔽之间的额定工频电压。我厂电力系统属于C类系统，考虑到留有一定的绝缘余量建议U0定为8.7 kV为宜。

2.3 冷缩电缆头取代现有的干包头

冷缩电缆终端头是由弹性体材料(常用的硅橡胶和乙丙橡胶)在工厂注塑硫化制成的部件，然后用塑料螺旋支撑进行扩展和衬里，形成的电缆附件。在现场安装期间，这些预扩张件套在处理过的电缆的端部或接头处，并且提取内部支撑的塑料螺旋条(支撑件)，并且通过将它们压在电缆绝缘体上，形成电缆附件。因为它取决于室温下的弹性收缩力，而不是热缩电缆附件的热收缩率，所以俗称冷缩电缆附件。该冷缩电缆终端具有体积小，操作方便，快速，无需专用工具，适用范围广，产品规格少的优点。与热缩电缆附件相比，它不需要用火加热，并且当安装后移动或弯曲冷缩电缆附件时，附件内部没有脱落的危险(因为冷缩电缆的末端是靠弹性压缩力压紧的)。因此，建议将所有电缆升级为干包头，制作冷缩电缆头。