GIS 高压电缆放电故障的原因与分析

王晓建

（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

国能朔黄铁路变配电所1/2 以上的高压设备都采用GIS 成套组合电器，剩余变配电所高压设备也将逐步按计划用GIS 成套组合电器柜替代。与传统牵引网供电设备不同，GIS 成套组合电器通过特殊的工艺将电缆与对应的GIS 间隔单元可靠连接。安全运行多年的GIS 成套组合电器柜也验证了其安全性和可靠性，但是所有电气设备都有使用寿命，电气设备潜在的隐患也会随着运行时间的增加而不同程度地显现，甚至演变成缺陷、故障。由于GIS 成套组合电器柜是将多个不同高压设备组合安装在密闭的SF6气室内，如果内部高压设备（如断路器、三工位开关、避雷器、电流互感器、电压互感器等）出现老化、破损、过热、绝缘不良以及放电等问题时不能及时发现，或者GIS 成套组合电器柜与外部设备的引入、馈出采用高压电缆连接，如果电缆的铠接地、屏蔽层接地、缆芯相互之间由于绝缘不良产生放电不能在早期发现并及时采取有效措施，就会加速电缆的绝缘破损甚至击穿电缆，造成整个牵引供电系统的瘫痪，以及设备严重损坏，造成较大的经济损失。因此，在实际工作中，我们要熟悉GIS 高压柜及相连电缆的特点，懂得分析故障、缺陷产生的原因，使自己达到通过洞悉故障、缺陷产生前的微妙征兆，及时发现问题并解决问题，最大程度地提高GIS 高压电缆的导电及载流的稳定性和可靠性。本文以一起GIS 高压电缆放电故障为例，对这类较为隐性的故障和导致的各种原因及其可能造成的危害进行剖析，并对其预防措施及解决办法进行探讨和归纳。

变电所巡视发现牵引1 号系统低压侧202GIS 后柜在运行中有异音，随机利用天窗时间倒主变系统，由1#进线1、2#变倒成1#进线3、4#变运行，此时再次巡视发现放电异音消失。为了再次确认是202GIS 后柜存在放电异音，再次由1#进线3、4#变倒回1#进线1、2#变后，巡视27.5 kV 高压室发现202GIS 后柜再次存在放电异音。为了不影响系统安全可靠运行，在对202GIS 后柜进行检查前又将所内运行方式倒成1#进线3、4#变运行并退出主变备自投。西柏坡供电工队对202GIS 后柜进行检查，设备外观正常，LH 本体无松动，发现护层保护器与扁钢连接处有1 颗螺丝松动，并对其进行紧固。

1 隐患案例

某日，西柏坡变电所利用天窗点进线再次送电确认，合上202 断路器后，202GIS 后柜仍有持续的放电声响。断开201、202断路器，101 断路器在合位时，202GIS 柜仍有放电声响，检查电流互感器二次回路无开路，排除电流互感器的问题，判断为202GIS 后柜设备问题。

2 隐患原因

结合初步分析可能的因素，再次对西柏坡202GIS 后柜放电异音进行检查处理。首先检查电缆、护层保护器及柜内各部件外观均正常，检查电缆本体粘贴的示温蜡片均无过热变色。下一步进行后柜电缆及护层保护器的绝缘检查。由于202GIS 后柜各相电缆采用全密封堵头连接，一旦拆卸将很难可靠恢复安装甚至造成更大缺陷，故此将电缆护层保护器、各相电缆的铠接地线和屏蔽保护接地线甩开，将202GIS 后柜电缆引至2#主变低压侧的各相电缆铠接地线和屏蔽保护接地线也同时甩开。先对电缆护层保护器进行绝缘测试，测试结果均在2000 MΩ，再对各相电缆的铠接地线和屏蔽保护接地线从2#主变低压侧接地端甩开处分别进行绝缘测试，在检查到F02 电缆屏蔽保护线时，发现F02 电缆的屏蔽接地线绝缘阻值只有1 MΩ，存在明显接地情况，与其他相屏蔽接地线的阻值1000 MΩ 相差较大。

根据相关规定，电缆的屏蔽层接地应选择一端接地，屏蔽层表面是一个固定的等电位面，可以将电缆对外的电场终止于屏蔽层，同时当电缆通电后，电缆屏蔽层有较高的感应电压，屏蔽层一端接地，不会构成闭合回路，屏蔽层不会有电流通过，可防止有较大电流时将屏蔽层烧毁。而F02 电缆的屏蔽接地线绝缘阻值只有1 MΩ，无疑造成了屏蔽层两端接地，使屏蔽层构成了闭合回路，运行中电缆屏蔽层有较大电流通过，因此可以判断202GIS 后柜放电异音的具体原因为电缆屏蔽层两端接地导致。

3 解决过程及处理措施

首先从2#主变低压侧F02 电缆顺着电缆路径一直到202GIS 后柜F02 电缆仔细查看，未发现故障电缆外观有明显损伤。决定从发现放电异音的位置针对F02 电缆进行由外到内详细检查，去除202GIS 后柜F02 电缆堵头处的绝缘热缩护套，发现护套内部的电缆绝缘外皮有轻微褶皱，随即将电缆最外层绝缘皮的褶皱部位拨开，发现靠近金属堵头外套的铜屏蔽线上有大量放电产生的碳化物（图1）。

图1 屏蔽线对金属外壳放电产生的碳化物

用毛刷、酒精棉将附着在铜屏蔽线及白色绝缘尾管间隙内的碳化物彻底清理干净后，发现电缆及屏蔽层未处于尾管正中央，致使电缆主芯与固定套管四周绝缘距离不均匀，电缆安装向柜内偏移，意味着电缆靠柜内侧的绝缘性能会低于其他部位（图2）。

图2 A 间隙明显大于B 间隙

图2 中A 处间隙7 mm，B 处间隙不到1 mm，近乎贴合。由于电缆安装向柜内偏移，使得电缆长期挤压B 处尾管，在长时间的运行中，B 处绝缘受到损伤，直至绝缘护层破坏，铜屏蔽线对金属外壳放电，造成屏蔽层两端接地，屏蔽层构成了闭合回路，较大的电流将屏蔽层绝缘烧损，而放电产生的碳化物具有一定的导电性能，两个因素相互作用形成恶性循环，促使屏蔽层两端接地的故障逐渐恶化。如果没有及时发现，最终将会烧损电缆主绝缘甚至击穿电缆，导致整个牵引供电系统瘫痪、设备严重损坏，造成较大的经济损失。

决定将偏移的电缆进行位置调整，使屏蔽层铜线与白色绝缘尾管四周间隙均匀并采用绝缘填充包裹。调整处理后再次进行绝缘测试，屏蔽层对地绝缘由处理前的1 MΩ 变为大于1000 MΩ。与其他相屏蔽接地线的阻值1000 MΩ 进行比较，偏差在正常范围内，经绝缘测试合格后对电缆屏蔽层进行绝缘密封处理，并在原故障部位粘贴测温片，方便日后巡视重点观察（图3）。

图3 处理后的F02 相电缆

待天窗时间将3#、4#主变退出，投入1#、2#主变使202GIS后柜F02 相电缆带电运行并对其进行60 min 持续观察，无异常后在天窗结束时间将全所馈线送电，使202 带负荷运行。再次对202GIS 后柜F02相电缆带负荷非空载运行状态观察检测60 min，无过热、放电、异音等异常情况，电流电压显示均正常。

4 结束语

通过带负荷有载状态的观察，说明202GIS 后柜F02 相电缆屏蔽层进行绝缘密封处理的工艺达标，满足正常运行条件。

总结此故障产生的前因后果得出：①由于前期施工安装的工艺不良、施工监管不严，为后期故障的发生埋下隐患；②巡视发现后没有及时重视和认识到事件的严重性，第一次巡视发现放电异音时没有进行电缆路径检查、绝缘测试等切实有效的排查措施，以至于从第一次发现到处理完毕历时72 d，F02 相电缆屏蔽层放电、碳化、绝缘皮破损的情况逐渐恶化；③设备监视系统不够完善和先进，由于每个人个体特征存在差异，只凭巡视人员在巡视时靠肉眼观察、靠人耳闻听很难对某些较为隐性的故障隐患进行准确可靠的判断。

通过此次故障处理总结的经验，可以从以下5 个方面预防此类问题：①每年预防性检修，对GIS 后柜电缆进行垂直、水平校准；②每年预防性试验，对GIS 后柜电缆进行主绝缘、铠对地、屏蔽线对地绝缘测试；③建议在GIS 电缆屏蔽层对地线、铠对地线上装设穿心电流互感器，一旦发现电流异常偏大，可以及时进行针对性排查处理；④由于GIS 高压电缆运行中，若放电缺陷发生在早期，温度变化未达到60 ℃，达不到测温蜡片的最低变色值，所以日常巡视要使用红外测温仪进行检查，必要时做好记录；⑤在日常的作业中，遇到故障缺陷时要深入剖析，找出故障产生的根本原因，对症下药，不断积累经验、总结方法，用科学有效的理论知识指导实践工作，将故障率降到最低。