某水电站35 kV主变高压侧一次电缆烧毁事故分析及处理.pdf

87第 46 卷 第 08 期2023 年 08 月Vol.46No.08Aug.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation0 引言电力电缆是电气工程的重要组成部分，用来传输和分配电能，具有占地少、供电可靠、施工便利、绝缘性能好、能提供容性功率提高功率因素、运行及维护简单等特点。但检修作业发现，电力电缆在正常运行中易受绝缘老化、绝缘受潮、电缆接头过热、机械损伤、护层腐蚀、过电压、中间接头及终端头设计制造工艺问题等影响而引发故障。故障不仅会威胁电网的安全运行，中断局部电网的持续供电，而且故障的测寻、排除、修复等都要耗费大量的人力、物力和财力。因此，加强对电力高压电缆的管理，针对不同的故障类型，采取不同的积极有效的预防对策，具有重要意义。1 事件概况某小水电站安装有 2 台 SF7500-28/4250 型号混流式水轮发电机组，单机容量 7.5 MW，总装机容量 15 MW，采用扩大单元接线，升压变压器 1 台，型号 SF10-20000/35，容量 20 000 kVA，通过一条 35 kV线路送出。35 kV 主变高压侧一次电缆的型号：ZC-YJV62/35 kV。某日凌晨时分，1 号、2 号机处于热备用，35 kV主变、母线和线路开关及线路处运行状态。运行值长监盘发现电站35 kV线路零序电压高达105.79 V，立即向县调汇报，并向调度员了解该条线路情况，其回复：系 35 kV 系统单相接地引起，正在处理。50 min 过后，县调来电告知值长，他们要断开变电站侧的该条 35 kV 线路开关，值长考虑到电站厂用电问题，向县调申请待 1 号机带厂用电后再断，县调同意。5 min 后，值班员开启 1 号机，在开机过程中 35 kV 主变差动动作，主变高压侧 30 A 开关、低压侧 60 A 开关跳闸；35 kV 线路过流 I 段保护动作，302开关跳闸，值长即汇报县调，并申请1号机停机。停机后，运行巡检人员发现主变高压侧 C 相电缆着火，在检查确认主变已断电情况下，立即用二氧化碳灭火器进行灭火。火被扑灭后，检查 35 kV 线路 302 开关正常，但是 35 kV 主变高压侧电缆头 C相烧毁，即联系县调向其汇报 35 kV 主变高压侧电缆头 C 相烧毁，申请 35 kV 线路 302 开关由热备用转运行，恢复厂用电，县调同意。事件发生后，技术人员调取 35 kV 线保护装置、主变保护装置动作报告、录波及监控历史曲线。00：48 分 35 kV 主变高压侧 C 相经过渡电阻接地，C 相电压降低，A、B 相电压增大，自产零序电压约 90 V 左右，35 kV 线路保护、主变保护均报零压告警，主变低后备保护装置显示：3UO=52.89 V、收稿日期：2023-04-24作者简介：王 斌（1978-），男，高级工程师，从事电气系统自动化、继电保护专业管理和安全生产管理工作。某水电站 3 5 k V主变高压侧一次电缆烧毁事故分析及处理王 斌（福建寿宁牛头山水电有限公司，福建 宁德 355501）摘 要：通过对某小水电站 35 kV 主变高压侧一次电缆烧毁后的现场仔细检查分析，判断事故的根本原因是电缆终端与主变高压侧的连接方式有缺陷，并提出了预防措施，为水电站电缆事故分析提供参考，同时也为一次电缆运行提供反事故措施建议，保证变压器的安全稳定运行。关键词：电力电缆；终端头；故障；原因分析；防范措施中图分类号：TV757文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）08-0087-03D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.08.02588第 46 卷水 电 站 机 电 技 术3U0ZC=90.91 V，超过零压告警定值 20 V，0.3 s，零压告警信号正确。00：51 分 35 kV 主变 C 相高压侧直接接地，C相电压为 0 V，A、B 相相电压上升为线电压约105 V 左右，自产零序电压约 107 V。00：58 分 35 kV 母线 A、B 相电压异常，A 相电压由 105 V 左右降至 76 V 左右，B 相电压由 105 V左右降至 38 V 左右，35 kV 主变 C 相接地点故障电流剧增，故障电流达 26.958 A，35 kV 线路过流 I 段保护动作出口跳开线路 302 开关，主变比率差动保护动作出口跳开主变高压侧 30 A 开关，低压侧 60 A开关，线路及主变保护动作正确，切除故障点。图 1 C 相电缆头烧损照片2 原因分析35 kV 主变高压侧电缆头 C 相烧毁的直接原因：电缆头受潮老化，绝缘能力降低接地，C 相接地电压为 0 V，非故障相 A、B 相相电压上升为 3倍相电压即线电压，自产零序电压约 107 V，由于 1 号、2 号机组处于热备用状态，35 kV 线路三相负荷很小趋近零，35 kV 线路保护、主变保护装置采集到三相电流约 0.02 A，故 C 相接地点故障时，35 kV 线路保护、主变保护不启动动作。大约 C 相一点接地运行10 min，35 kV 系统 A、B 相电压异常下降，A、B 相经过渡电阻接地，与 35 kV 主变高压侧 C 相接地形成环流，单相接地故障转换为相间接地短路故障，C 相接地点故障电流剧增，二次故障电流达 26.958 A（一次电流约 2157 A），导致 35 kV 主变高压侧 C 相电缆头绝缘薄弱点对地放电及发热，接地故障点起火。图 2 主变差动保护动作及录波图图 3 线路保护动作及录波图根本原因：获取该型号产品的安装说明书，将非故障相进行解剖，并与安装说明书进行对比，排除工艺不佳的情况。主变高压侧电缆终端头采用热缩型电缆终端，不能够随弹性变形而丧失密封作用，容易在附件与电缆绝缘层之间形成呼吸效应，引发电缆附件内部短路故障。且电缆终端头朝倾斜方式安装方式，铜编织地线引出外护套口朝上，失去防雨裙的保护，直接暴露在雨水中，水分或湿气长期沿外护套铜编织地线间隙渗入电缆终端内部，再加上终端应力锥部位受力弯曲导致电场畸变，使电缆主绝缘裕度降低，最终造成电缆主绝缘击穿。图 4 故障前主变高压侧电缆终端图促成原因：此次发生零序电压过高信号后，运行值长未及时按县调要求切断开关，促成事件的发生。因 35 kV 系统为不接地系统，当发生单相接地故障时，一次设备应能快速切除故障，防止电缆着火、事故扩大。3 处理与防范电站紧急采购电缆终端，采用绝缘性能较好的电缆终端，将原来的热缩型改为冷缩型电缆终端。由专业人员严格按照说明书进行重新制作 C 相电缆头，安装现场的温度、湿度和清洁度应符合安装工89第 08 期王 斌：某水电站 35 kV 主变高压侧一次电缆烧毁事故分析及处理艺要求，施工期间电缆剥切尺寸及屏蔽断口打磨工艺等重要工序应有影像记录留存。参照 DL/T 596-2021电力设备预防性试验规程，对电缆主绝缘进行交流耐压试验，耐压值为 1.7U0，持续 60 min，并且在耐压试验前后进行绝缘电阻测试。改变主变高压侧的接线方式。对该电缆终端的连接及支撑方式进行重新设计，将主变原来以电缆直接连接方式改为以铜排连接方式，并在铜排上包热缩套管，每项铜排下面通过三个绝缘子支撑，满足绝缘化要求；拆除主变高压侧电缆两端电缆头并重新制作电缆头，安装一段新的母线铜排自主变高压侧引出，将原电缆由原来的自上而下，改为自下而上。确保电缆附件的密封防潮性能应能满足长期运行需要。确保电缆终端特别是应力锥部位不长期受外力作用。图 5 改造后的主变高压侧电缆终端图电站在次年汛前小修送电启动时，对 1 号主变35 kV 侧电缆屏蔽线接地电流进行了测量：在两端接地且变压器满载时，测电缆接地屏蔽线接地电流为 56 A，电压为 0.5 V；空载时，测单芯电缆接地端未接地时的电压为 0 V，电流为 0 A。根据 GB 502172018电力工程电缆设计标准 第 4.1.11 规定，若单芯电缆测试点电压小于 50 V，电缆接地屏蔽线将不接地方式运行。根据检测试验结果，经生产会议讨论决定：1 号主变 35 kV 侧电缆终端接地屏蔽线由两端接地改为单侧接地。将电站 1 号主变35 kV 侧电缆屏蔽接地线靠主变侧，拆除并做好包扎和固定工作。运行组织该起事件学习，确定电压过高的分级处理措施，提高运行人员的判断力和敏感性，牢树“第一保人身、第二保设备”意识。加强现场监盘和恢复夜间有人值班，发现单相接地故障，工作人员应当立即切断电源，应尽量缩短切除故障线路时间，防止电线因承受高压电而发生着火现象。4 结语电力电缆是电力系统的重要组成部分。电力电缆能否安全运行，直接关系到整个电网安全运行和系统稳定。只有从电缆生产、运输、敷设、安装、试验、巡视、检测等各个方面加强质量管控和验收把关，才能将电缆故障降至最低程度，才能确保电缆线路长期安全运行。本文通过分析某水电站 35 kV 主变高压侧一次电缆烧毁事件，结合现场检查情况，分析确认了起火原因，针对事件暴露的问题，提出了一次电缆头制作、运维的预防措施，以进一步提升电气设备安全运行水平，为水电站运维管理提供借鉴。参考文献：1邹红刚.35kV 及以下电力电缆故障的原因及对策 J.建筑建材装饰，2018（1）：156.2李雪梅.浅析 35kV 及以下电力电缆故障的原因及应对措施 J.数字化用户，2017，23（43）：97.