嚴(yán)寒地區(qū)電纜GIS終端接地短路原因分析

李漣,劉志能,曹皓

(中國能建湖南省火電建設(shè)公司，湖南株洲412000)

嚴(yán)寒地區(qū)電纜GIS終端接地短路原因分析

李漣,劉志能,曹皓

(中國能建湖南省火電建設(shè)公司，湖南株洲412000)

Analysis on ground short trouble of GIS term inal cable in severe cold zone

新疆某電廠升壓站投產(chǎn)4個(gè)月后，在嚴(yán)寒冬季相繼發(fā)生了110 kV，220 kV電纜GIS終端接地短路事故。通過對事故現(xiàn)場勘察和事故電纜GIS終端解剖分析，發(fā)現(xiàn)電纜GIS終端設(shè)計(jì)不合理，GIS終端應(yīng)力錐和環(huán)氧套之間的界面壓力不夠是導(dǎo)致事故的原因，并對電纜GIS終端設(shè)計(jì)和安裝提出建議。

GIS終端；電纜；界面壓力；沿面放電

新疆某新建電廠升壓站裝設(shè)了2組聯(lián)絡(luò)變,出線采用電纜連接,共有6個(gè)電纜GIS終端,并于8月中旬投產(chǎn),一直運(yùn)行正常。至12月下旬氣溫急劇下降幾天后,1號聯(lián)絡(luò)變中壓側(cè)C相GIS終端擊穿,1號聯(lián)絡(luò)變差動(dòng)保護(hù)跳閘,事故時(shí)室外溫度－24℃,開關(guān)站內(nèi)溫度－10℃；相隔10天后,2號聯(lián)絡(luò)變高壓側(cè)B相GIS終端擊穿,2號聯(lián)絡(luò)變差動(dòng)保護(hù)跳閘,事故室外溫度－36℃,開關(guān)站內(nèi)溫度－18℃。

以上2起事故電纜均采用YJLW03交聯(lián)聚乙烯單芯電纜,電纜終端采用國內(nèi)某廠生產(chǎn)的同一型號的預(yù)制式GIS終端,該終端采用硅橡膠應(yīng)力錐,環(huán)氧樹脂套,安裝后終端處于GIS金屬殼體內(nèi),并封閉于SF6氣體中。

1 電纜GIS終端事故情況

1.1 110 kV電纜GIS終端事故情況

1)終端損壞嚴(yán)重,環(huán)氧套大部分損壞,法蘭處炸斷為2部分,應(yīng)力錐表面和底部半導(dǎo)電區(qū)域有嚴(yán)重的燒蝕痕跡 (見圖1)；

2)終端底部接地法蘭上有燒傷痕跡,說明有大接地電流流過 (見圖2)；

3)用酒精清洗應(yīng)力錐表面,并進(jìn)行解剖,發(fā)現(xiàn)橡膠絕緣體下面的半導(dǎo)電體表面有一導(dǎo)電通道,并產(chǎn)生了位于半導(dǎo)電體喇叭口上部的橡膠輔助絕緣處擊穿點(diǎn) (見圖3)；

4)觀察掉落的環(huán)氧套碎片,發(fā)現(xiàn)環(huán)氧套內(nèi)壁有電弧碳化痕跡,外壁干凈無放電痕跡；

5)檢查事故回路電纜表面,未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

1.2 220 kV電纜GIS終端事故情況

1)GIS終端底部環(huán)氧套損壞,環(huán)氧套被炸裂為2部分,環(huán)氧套表面未發(fā)現(xiàn)燒蝕痕跡 (見圖4)；

2)移除GIS終端上部的環(huán)氧套,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力錐表面燒蝕痕跡嚴(yán)重,應(yīng)力錐硅橡膠絕緣上有一貫穿擊穿點(diǎn) (見圖5)；

3)檢查環(huán)氧套內(nèi)壁,發(fā)現(xiàn)大量碳化痕跡,外壁無放電痕跡；

4)檢查電纜絕緣表面未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

2 事故原因初步分析

根據(jù)事故的現(xiàn)象,發(fā)生事故的原因有可能為GIS終端安裝、制造,外部回路及系統(tǒng)過電壓等原因,為此對以上可能原因進(jìn)行了分析和排除。

2.1 外部原因分析

1)查閱運(yùn)行日志及故障錄波,當(dāng)時(shí)線路運(yùn)行期間負(fù)荷較小,1號聯(lián)絡(luò)變110 kV故障側(cè)負(fù)荷為71A, 2號聯(lián)絡(luò)變220 kV故障側(cè)負(fù)荷為105 A,且系統(tǒng)無過電壓、外部短路等現(xiàn)象發(fā)生,可以排除系統(tǒng)故障的原因；

2)檢查GIS設(shè)備內(nèi)SF6氣體壓力、微水正常,設(shè)備內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)放電及其它異?，F(xiàn)象,與GIS終端連接導(dǎo)電部分連接牢固可靠,沒有過熱及放電痕跡,可以排除GIS設(shè)備故障的原因；

3)檢查安裝文件,安裝編制了作業(yè)指導(dǎo)書,作業(yè)指導(dǎo)書符合廠家參數(shù)要求；施工前,安裝單位進(jìn)行了技術(shù)交底,并且安裝過程中有電纜附件廠家復(fù)核參數(shù)及監(jiān)理見證；驗(yàn)收記錄齊全,有關(guān)數(shù)據(jù)均符合電纜附件廠家及有關(guān)規(guī)程的要求,可以排除安裝工藝的原因。

2.2 GIS終端制造原因分析

從2次接地短路事故現(xiàn)象看,環(huán)氧套炸裂但無擊穿及外表面無放電痕跡,環(huán)氧套內(nèi)表面、硅橡膠應(yīng)力錐外表面、接地法蘭均存在明顯放電痕跡,沿面放電現(xiàn)象明顯,基本排除材質(zhì)不合格的原因,事故是由于GIS終端應(yīng)力錐和環(huán)氧套之間沿面放電引起的。

3 沿面放電原因分析

3.1 GIS終端結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)廠家安裝工藝,現(xiàn)場安裝時(shí)先臨時(shí)固定環(huán)氧套,環(huán)氧套內(nèi)表面、應(yīng)力錐外表面涂硅脂,然后分別將電纜、應(yīng)力錐、出線組件套入環(huán)氧套,最后整體裝入GIS設(shè)備。為保證應(yīng)力錐與環(huán)氧套的壓力,該產(chǎn)品采用彈簧壓緊裝置 (見圖6),彈簧通過喇叭形的鋁合金托架將壓力傳遞到應(yīng)力錐上,以保持應(yīng)力錐與環(huán)氧套、電纜之間界面上的壓力恒定,同時(shí)考慮高電場和熱場作用下硅橡膠應(yīng)力錐老化,以及環(huán)境溫度變化引起的界面壓力的變化〔1〕。

3.2 應(yīng)力錐與環(huán)氧套之間沿面放電原因分析

由圖6結(jié)構(gòu)可以看出,應(yīng)力錐與環(huán)氧套之間的壓力主要由彈簧壓緊裝置提供,應(yīng)力錐與環(huán)氧套體積的變化勢必會影響彈簧的壓力。經(jīng)查閱有關(guān)資料,環(huán)氧樹脂線性熱膨脹系數(shù)一般為6×10－5/℃,硅橡膠為 (2.0～2.6)×10－4/℃〔2〕,交聯(lián)聚乙烯為3.3×10－4/℃〔3〕,根據(jù)熱膨脹系數(shù)可以看出,當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí),硅橡膠應(yīng)力錐比環(huán)氧套收縮更多,這將導(dǎo)致其界面壓力變小,界面壓力變小將導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱慕档?。文獻(xiàn) 〔4〕研究也表明,GIS終端復(fù)合介質(zhì)界面沿面放電電壓值與界面壓強(qiáng)和界面狀況密切相關(guān),保證界面足夠的壓強(qiáng)可大幅提高界面沿面放電電壓值,從另外一個(gè)方面說明界面壓力的降低將導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档汀?/p>

根據(jù)以上分析及事故現(xiàn)象,同時(shí)根據(jù)GIS終端連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行4個(gè)月,但是氣溫急劇下降幾天后相繼發(fā)生2次短路事故的情況,可以確定事故原因是由于廠家設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮嚴(yán)寒天氣對GIS終端環(huán)氧套和應(yīng)力錐之間的界面壓力的影響,界面壓力不夠是導(dǎo)致GIS終端接地短路事故的原因。

4 結(jié)束語

為保證電纜GIS終端可靠運(yùn)行,避免類似事故發(fā)生,設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)注意:

1)廠家進(jìn)行電纜GIS終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮環(huán)境溫度對應(yīng)力錐和環(huán)氧套界面壓力的影響,以保證有足夠的界面壓力。

2)安裝時(shí)要嚴(yán)格按廠家的要求施工,并保持電纜、應(yīng)力錐、環(huán)氧套表面的清潔度。

〔1〕王佩龍.高壓交聯(lián)電力電纜附件選型的若干問題 〔J〕.電力設(shè)備,2004,5(8):18-22.

〔2〕柯德剛.硅橡膠在電力電纜附件的應(yīng)用 〔J〕.有機(jī)硅材料, 2002,16(5):18-20.

〔3〕甘興忠.電線電纜絕緣交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)工藝的分析和對比〔J〕.電線電纜,2008(2):8-11.

〔4〕戴征宇.預(yù)制型電纜附件沿面放電試驗(yàn)研究 〔J〕.高電壓技術(shù),2002,28(9):7-8.

TM595

B

1008-0198(2014)01-0048-03

李漣(1968),男,高級工程師,主要從事電氣調(diào)試、電氣安裝、信息技術(shù)工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.01.015

2013-09-16

劉志能(1964),男,工程師,主要從事火力發(fā)電廠電氣安裝技術(shù)工作。

曹浩(1972),男,工程師,主要從事火力發(fā)電廠熱控安裝技術(shù)工作。