110KV高壓電纜終端頭故障檢測與分析

劉慶

摘要：本文針對一起冶金企業(yè)110KV供電系統(tǒng)中的電纜終端頭炸裂事故，結(jié)合高頻檢測對所有電纜終端頭進行分析，總結(jié)當前點檢工作的不足，并制定了針對電纜終端頭等重要設備的檢測頻次和手段，將故障遏制在萌芽狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：110KV電纜;電纜終端頭;高頻檢測

引言

鋼鐵冶金是工業(yè)用電大戶之一，其企業(yè)內(nèi)部的用電保供重點工序包括制氧、高爐、轉(zhuǎn)爐等用戶，其用電負荷占比整個企業(yè)的75%左右，出現(xiàn)電力系統(tǒng)波動，輕則導致停產(chǎn)，重則導致二次人身及設備事故，因此其電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性更為重要。故障的大部分是因為電纜的安裝和調(diào)試，影響著整個系統(tǒng)的運行安全和風險[1，2]。

某鋼鐵企業(yè)年使用電50億度，電力系統(tǒng)進線有四條220KV進線，每兩條分別從不同變電所取電，便分別接入1#、2#總降。1#總降出線電壓等級為35KV、33KV、10KV、6KV負荷主要是電爐、轉(zhuǎn)爐和部分軋鋼系統(tǒng);2#總降出線110KV和10KV，其中110KV下端帶有3#、4#、5#、6#、7#等變電站?？紤]到經(jīng)濟性和路由問題，出線采用電纜與架空線的組合方式，電纜和架空線路采用電纜終端頭進行過渡。但在其運行12年后的2021年2月，2#總降到4#總降的714線路B相發(fā)生電纜終端頭爆炸事故，給生成帶來諸多被動影響。

1故障分析

針對該起故障，對前期的點檢工作進行復盤發(fā)現(xiàn)點檢的手段主要是使用紅外成像儀進行測溫，同時結(jié)合每年一次的定修進行耐壓試驗。通過結(jié)果反向分析來看，這種點檢手段和技術(shù)均未能發(fā)現(xiàn)問題。通過對B相的解剖發(fā)現(xiàn)，在電纜金屬套管內(nèi)有生銹現(xiàn)象（圖1），同時與半導電緩沖帶有部有放電（圖2）現(xiàn)象，說明B相電纜終端頭已有較長時間未能有效的封堵，是導致電纜終端頭炸裂的主要原因，同時電纜內(nèi)部受潮造成局部放電。對同回路的A、C兩相進行解剖發(fā)現(xiàn)C項在半導體過度部分不平整有毛刺（圖3），同時硅油有銅綠產(chǎn)生。這種現(xiàn)象說明電纜終端頭的密封已經(jīng)失效很久，并逐步累計造成了該次事故的發(fā)生。

對該企業(yè)的所有電纜終端頭的使用年限進行數(shù)據(jù)分析，80%均使用10年以上，且點檢手段均為熱成像和每年一次的耐壓試驗等內(nèi)容，這種使用較長的設備和不具備有效點檢的手段給企業(yè)的供電安全保障帶來不利影響。急需要通過其他的手段和技術(shù)對現(xiàn)有的電纜終端頭進行全面檢測和排查。

2電纜無損檢測手段

2.1紅外線檢測技術(shù)

其工作的原理是利用在運行電力設備，對環(huán)境釋放紅外線，測試者使用紅外線成像儀對設備進行掃描，發(fā)現(xiàn)溫度異常的地方即為疑似故障點，這種測試方法易受到環(huán)境的影響，且有些設備溫度需要長期檢測跟蹤，對其溫度的變化趨勢進行分析，能更好的發(fā)現(xiàn)問題。

2.2射線檢測技術(shù)

射線技術(shù)主要使用X射線或中子射線對設備進行檢測，對零件內(nèi)部是否存在異常的電磁轉(zhuǎn)換進而確定具體的故障點。其主要適合小的零件或是局部設備的檢測，同時做好相關(guān)安全屏蔽工作，避免影響環(huán)境中的其他無關(guān)人和設備等。

2.3超聲波檢測

該種技術(shù)的應用體系較為建全，并在許多領(lǐng)域得到的應用。其原理是借助不同頻段的超聲波為載體，基于電子雪崩或流柱理論的，可以很好地解釋微秒級單脈沖現(xiàn)象。大量的研究表明：局部放電是納秒級放電過程，其時域波形是包含多個連續(xù)的、振幅衰減的脈沖，并具有一定的統(tǒng)計自相似性。局部放電超聲波檢測法不影響電氣主設備的安全運行，而且受工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾的影響較小[3-5]。如果超高頻（300～3000MHz）傳感器和局放點之間的距離比較今，衰減因此也會減少，更適合電纜接頭的局放檢測。

2.4其他技術(shù)

滲透技術(shù)。其原理是將具備滲透的熒光劑，滲透在想要檢測元件的結(jié)構(gòu)內(nèi)，隨著時間的推移，滲透熒光劑在結(jié)構(gòu)損壞的部位進行滲透，進而找出問題的故障點。一般應用電氣設備較多，電纜應用略少。

磁場檢測技術(shù)。利用在運行設備產(chǎn)生磁場變化，如果結(jié)構(gòu)和內(nèi)部沒有損傷，磁場保持在較為穩(wěn)定狀態(tài)，出現(xiàn)異常情況時，也表示結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了問題。

3檢測結(jié)果

結(jié)合現(xiàn)場的實際情況和各種無損檢測技術(shù)的優(yōu)缺點，制定將分批次對所有110KV和10KV電纜終端頭，累計640多只進行了局放檢測。對5#變壓器某一回路采用短距離時差定位法，在B相電纜本體上同時安置兩只特高頻傳感器，通過對比兩檢測波形相位，判斷該信號來自變壓器側(cè)，其中B相信號強度最大，A、C相次之，其信號譜圖稱180度對稱分布，波形主要頻段集中在100MHz以內(nèi)（圖4）。通過對該回路電纜終端頭的解剖發(fā)現(xiàn)也存在類似714線路的問題，有效避免了一起事故的發(fā)生。

4結(jié)論

4.1嚴格施工質(zhì)量關(guān)

戶外終端的制作均在現(xiàn)場完成，受制于技術(shù)人員的專業(yè)水平、制作當時的濕度等影響，除了安排甲方人員全程跟蹤學習外，應建立相關(guān)制作標準，如毛刺的平整度、推力錐螺母的緊固力矩等。對戶外終端進行編號，對施工單體提出在保質(zhì)期內(nèi)責任人負責制。嚴格按照工藝要求施工，是減少故障的主要途徑[6]。

4.2改進點檢手段

在之前紅外成像和每年的耐壓點檢基礎上，增加局放檢測這種技術(shù)手段。通過數(shù)據(jù)的積累和對比，能夠快速分析并找出疑似問題點，加以處理和解決。

4.3定期更換制度

建立電纜終端頭運行臺帳，對即將到10年壽命的設備進行重點點檢，并逐步更換掉運行10年以上的電纜，從設備本身解決該種事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]鄭世才.射線檢測技術(shù)發(fā)展的簡要評述[J].無損檢測，1996，18（1）：1-5.

[2]趙立宏，凌球等.X射線電纜絕緣線芯測偏儀的研制[J].電線電纜，2003，36（3）：36-37.

[3]Krivda A.Automated recognition of partial discharge[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，1995，2（5）：796-812.

[4]Gaok K，Tan K，Li F.PD pattern recognition for stator bar mod-els with six kinds of characteristic vectors using BP network[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2002，9（3）：381-389.

[5]Mohsen F，Hossein B，Emst G.Partial discharge and dissipation factor behavior of model insulating systems for high voltage rotating machines under different stresses[J].IEEE Electrical Insulation Magazine，2005，21（5）：5-19.

[6]劉毅剛，許繼葵.高壓電纜外護套故障及對策[J].高電壓技術(shù)，2001，27（104）：38-39