龙口水电站10 kV电缆绝缘击穿事故分析及防范措施

赵国栋 张春龙

摘要：针对龙口水电站一起由10 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆终端头绝缘击穿引起发电机停机解列的事故案例，对故障电缆进行解剖，分析原因并提出了相应的防范措施，以减少类似事故的发生。

关键词：交联聚乙烯电缆;终端头;绝缘击穿;事故停机

0    引言

交联聚乙烯（XLPE绝缘）电缆结构简单、电气性能和耐热性能稳定、抗腐蚀、机械强度高、传输容量较大、易于弯曲、附件接头简单、安装敷设方便，具有聚氯乙烯（PVC绝缘）电缆无法比拟的优点。因此，交联聚乙烯绝缘电缆广泛应用于交流50 Hz、额定电压6～35 kV的输配电线路，主要功能是输送电能。但是，在交联聚乙烯绝缘电缆附件选用、安装和电缆头制作过程中，由于制作工艺不规范造成的电缆头绝缘击穿事故时有发生，影响了电力系统的供电可靠性。

本文就龙口水电站发生的一起10.5 kV配电系统交联聚乙烯绝缘电缆终端头绝缘击穿引起发电机事故停机故障进行剖析，查找原因，制定防范措施，规范电力电缆终端头施工工艺，以保障供电的可靠性。

1    事故经过

2017-04-01T09：56：07，龙口水电站5号发电机纵差保护动作，跳机组灭磁开关、跳机组出口805开关，机组监控系统执行事故停机流程后停机。事故前接线方式如图1所示。

2    原因查找

查阅5号发电机保护装置故障记录文件，显示5号发电机故障初始阶段为B相单相接地，随后发展成A、B相间短路，经过15 ms故障快速发展成A、B、C三相短路，发电机差动保护正确动作。结合励磁变高压侧三相电流波形分析，判断故障点在励磁变高压侧区域。

去现场检查，发现5号机机压配电室内有大量浓烟，并有焦糊味;5号发电机励磁变5TSH配电柜（5G8）后门变形，柜后两侧及底部有放电痕迹，部分螺栓有轻微烧损，如图2所示。系统转检修后，打开5G8柜柜门进行检查，发现5G8盘柜内5号机组励磁变高压侧电缆冷缩终端B相主绝缘击穿对地放电，B相电缆对地绝缘电阻测试为0，A、C相对地绝缘正常。

3    事故抢修

事故原因确定后，迅速展开抢修工作。首先，根据该电缆敷设路径及长度，将故障点以下20 cm切除。当时库存没有10 kV电缆冷缩终端附件，于是由热缩电缆终端替代原冷缩终端，重新制作电缆头。同时，对5G8盘柜进行清理，对柜内由于放电弧光造成烧损的二次线、螺栓进行了更换。从故障发生到设备重新投运共历时22.5 h。

4    原因分析

4.1    直接原因

5G8柜内5号机组励磁变高压电缆冷缩终端B相绝缘击穿对地放电，产生的电弧引起弧光短路，发电机差动保护动作，造成5号发电机事故停机解列。

4.2    根本原因

5号机组励磁变高压电缆冷缩终端头制作工艺不规范，内部存在缺陷，长时间的局部放电造成电缆绝缘老化，最终导致电缆头绝缘击穿。

5    机理分析

如图3所示，对故障电缆的终端头拆开进行检查，发现如下问题：

（1）半导体层切断处断口不平整、光滑，台阶处未做成坡形，导致半导体切口处电场畸变，容易发生放电。

（2）电缆主绝缘未打磨光滑，有半导体层残留，且切口处可以观察到刀痕，使电缆主绝缘下降，受伤处击穿电压下降，容易在薄弱处发生击穿。

（3）半导体屏蔽层断口处未加装应力管，导致断口处的电场应力（电力线）较集中，没有有效改变断口处的电场分布。

（4）半导体层外露尺寸超过制作要求，影响了电缆对地的爬电距离，对地泄漏电流增大，长期运行容易引起发热，导致绝缘逐步老化。

（5）半导体层划伤，存在气隙，气隙处产生局部放电，虽然不会立即导致整个绝缘介质的击穿，但是气隙内部会逐步形成电“树枝”，并向纵向发展，使得绝缘发生老化，直至发生绝缘电击穿或热击穿。

6    防范措施

鉴于此次10 kV交联聚乙烯电力电缆终端头因施工工艺不规范而发生绝缘击穿的事故，在以后的工作中，不仅要严把工艺关，还应注意后期的维护和状态监测。对此提出以下防范措施和注意事项：

（1）电力电缆附件的质量是决定整个电缆安全稳定运行的关键所在，因此，在选取电缆及其附件时，要把好质量关，绝对不能让质量存在问题的电缆设备应用到工程中。

（2）加强电缆施工作业的过程管理。安装过程中出现的问题很多都是现场管理上的问题，因此，在施工过程中，首先要严格管控工作人员的施工工艺和作业流程，其次施工前要编制相关的安装标准和方案，最后就是对施工环境进行规划，做好作业区域防水、防尘等保护措施。

（3）强化电缆头的制作工艺。其实在众多的电缆绝缘击穿、电缆爆炸等事故中，大多是由于施工工艺不规范造成的，因此在电缆制作时要注意以下几点：1）严格按照规范要求尺寸切剥电缆，且在切剥的过程中，不可伤及每一层的结构;2）銅屏蔽（外屏蔽）层要用附件中提供的专用不锈钢箍带扎好，断口处不得产生毛刺或尖角;3）半导体断面要有倒角，且表面平整、光滑，保证与主绝缘层平滑过渡;4）电缆主绝缘层上不得有半导体残留和刀痕，必要时可用细砂纸进行打磨，最后用酒精湿巾擦拭干净;5）主绝缘和半导体层切口处均要涂抹绝缘硅脂，用以填充气隙和排除气体。

（4）注重电缆投运后的维护和监视。严格按照规程对电缆进行预防性试验，掌握电缆的运行工况，另外采用红外成像、紫外成像、局部放电测试等手段定期对电缆进行检测，对设备的运行状态进行评估，预防事故的发生。

7    结语

电缆终端是电缆绝缘的薄弱环节，是电缆故障的多发部位，因此要严格把控电缆头的制作工艺，做好施工过程的跟踪和管理，并对验收环节的试验进行现场见证，保证电缆的电气性能达标;还应利用红外成像（发热检测）和紫外成像（放电检测）定期对电缆进行检测，了解设备的运行状况，减少类似事故的发生。另外，事故发生时，电能的集中大量释放会导致盘柜变形，若此时有人员与盘柜距离较近，可能造成人身伤害，这就证明了现场设定警戒区的必要性，即所有进入现场的人员，非因工作必需，不得进入黄色警戒线以内。

[参考文献]

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[2] 朱宏峰，谢海滨.一起高压电缆终端炸裂事故分析[J].农村电气化，2010（9）：30-31.

[3] 王永.电力电缆绝缘击穿典型故障分析及对策研究[J].机电信息，2014（33）：70-71.

收稿日期：2020-07-27

作者简介：赵国栋（1985—），男，山西代县人，工程师，研究方向：电气设备检修和维护。