(四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠，四川 宣漢 636150)

0 引 言

四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠位于四川省宣漢縣城東北1 km處，電廠總裝機(jī)容量3×17 MW,以110 kV和35 kV兩個(gè)電壓等級(jí)輸電線路接入系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)調(diào)頻(峰)、基荷任務(wù)，也可作調(diào)相運(yùn)行，于1992年5月投產(chǎn)發(fā)電。35 kV開(kāi)關(guān)站設(shè)在室內(nèi)，采用35 kV單芯交聯(lián)聚乙烯電纜(型號(hào)YJV30-120)出線上網(wǎng)。

1 電纜故障情況

廠內(nèi)35 kV出線電纜終端頭最初采用瓷質(zhì)環(huán)氧澆注，此類電纜頭的優(yōu)點(diǎn)是使用經(jīng)久耐用、壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是制作工期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、受現(xiàn)場(chǎng)制作條件限制多，且重量大，上架困難。隨著新材料新技術(shù)的出現(xiàn)，原瓷質(zhì)環(huán)氧澆注電纜頭逐步被冷、熱縮電纜頭取代，冷、熱縮電纜頭制作工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)制作方便、工期短，電纜頭重量輕，上架勞動(dòng)強(qiáng)度低。因此，自1992年以后，(集團(tuán))廠35 kV新增出線電纜終端逐步被熱縮電纜頭取代(采用兩端接地)。

在運(yùn)行過(guò)程中，熱縮電纜頭的缺陷逐漸暴露，即易造成熱縮電纜終端頭銅辮接地處電纜絕緣老化擊穿(見(jiàn)圖1)，在(集團(tuán))廠5回35 kV出線電纜熱縮電纜頭中，每年都有此類情況發(fā)生(戶內(nèi)、外均有)。2013年4月15日，一回上國(guó)網(wǎng)35 kV出線電纜A相(室外)終端頭接地銅辮處絕緣老化擊穿；2013年4月26日，一回供鐵廠35 kV出線電纜B相(室內(nèi))終端頭接地銅辮處絕緣老化擊穿。故障發(fā)生后，造成電網(wǎng)35kV線路被迫停運(yùn)檢修，電力輸送減少。針對(duì)此類故障，通常的處理辦法是將電纜終端頭大約1 m的故障部分切除，再重新制作新的電纜頭。如重復(fù)數(shù)次，電纜長(zhǎng)度逐漸減小，最終導(dǎo)致電纜因余量不足而做中間接頭將其接長(zhǎng)，或重新購(gòu)置新的電纜。

圖1 電纜絕緣老化擊穿部位(銅辮接地處)

2 35 kV單芯電纜熱縮終端頭制作過(guò)程

35 kV單芯交聯(lián)聚乙烯電纜橫截面分布(見(jiàn)圖2)，從外至內(nèi)依次為外層護(hù)套、鋼鎧、內(nèi)層護(hù)套、銅屏蔽帶、外半導(dǎo)體層、線芯絕緣、內(nèi)半導(dǎo)體層、銅芯線。在熱縮式終端頭制作過(guò)程中，首先是在距電纜端頭大約800 mm處，將電纜外層護(hù)套、鋼鎧、內(nèi)層護(hù)套切除；剝下銅屏蔽帶，留下100 mm左右銅帶后，將多余銅帶切除，用工具將電纜端部至屏蔽斷口20 mm處之間的外半導(dǎo)體層切掉，露出線芯絕緣；將電纜端部大約40 mm線芯絕緣切除，做好應(yīng)力錐，套上線鼻子壓緊，將剩余銅屏蔽帶沿鋼鎧端面做翻領(lǐng)，包住鋼鎧；壓上接地銅辮(銅屏蔽層與鋼鎧連接在一起接地)，固定并焊接(錫焊)可靠(見(jiàn)圖3)；用酒精清洗線芯絕緣，纏繞應(yīng)力疏散膠，套上應(yīng)力管熱縮，套上絕緣管熱縮，在端子處填充密封膠，套上密封管熱縮，縱剖面(見(jiàn)圖4)；套上防雨裙熱縮，試驗(yàn)合格，制作完成。

圖2 故障電纜橫切面分布

圖3 電纜屏蔽層接地

圖4 套裝應(yīng)力管

3 故障原因分析

3.1 屏蔽層斷口電場(chǎng)分布發(fā)生改變

35 kV單芯高壓電纜每相線芯外均有一接地銅屏蔽層，輸送負(fù)荷的芯線與接地屏蔽層之間形成徑向分布的均勻電場(chǎng)，無(wú)軸向電場(chǎng)分布。在制作電纜終端頭時(shí)，接線端子至接地銅辮焊接處之間的銅屏蔽層被切除，形成一個(gè)屏蔽斷口，電場(chǎng)分布發(fā)生改變，產(chǎn)生了軸向電場(chǎng)分量(沿導(dǎo)線軸向的電力線)，電場(chǎng)向屏蔽層斷口集中，此部位電力線分布也最密集，電場(chǎng)強(qiáng)度高，電力線分布如圖5所示。

圖5 屏蔽層斷口處電力線分布圖

屏蔽層端部接地處線芯絕緣長(zhǎng)期處在高電場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境下工作，此電場(chǎng)強(qiáng)度比電纜芯線其他絕緣材料所處工作環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度要高，加速了屏蔽層斷口線芯絕緣的老化，使其更易被擊穿。另外，35 kV為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，其相電壓升至線電壓，屏蔽層斷口處電場(chǎng)強(qiáng)度將大幅提升，加速了斷口處絕緣老化擊穿進(jìn)程。

3.2 感應(yīng)電流發(fā)熱

35 kV高壓?jiǎn)涡倦娎|通電運(yùn)行時(shí)，在屏蔽層會(huì)形成感應(yīng)電壓，且隨電纜長(zhǎng)度和負(fù)荷的增加而增加。在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過(guò)電壓和雷電侵入波時(shí)，屏蔽層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生更高的感應(yīng)電壓，甚至擊穿護(hù)層絕緣，造成人身和設(shè)備安全事故。如果屏蔽層兩端直接接地，在屏蔽層與地之間形成回路，就產(chǎn)生感應(yīng)電流，其大小可達(dá)線路負(fù)荷電流的40%以上，使整個(gè)電纜金屬屏蔽層發(fā)熱，產(chǎn)生電能損耗，加速電纜絕緣熱老化速度。(集團(tuán))廠現(xiàn)在運(yùn)5回35 kV電纜(大約100 m長(zhǎng))均采用兩端直接接地，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，屏蔽層感應(yīng)電流隨復(fù)合電流的增大而增大，如表1所示。由于焊接原因，接地銅辮與屏蔽斷口處的接觸電阻較大，當(dāng)感應(yīng)電流經(jīng)過(guò)焊接處時(shí)，將產(chǎn)生焦耳效應(yīng)致其發(fā)熱，加速接地處線芯絕緣的熱老化速度。

表1 線芯負(fù)荷電流與屏蔽層感應(yīng)電流的關(guān)系

以上兩種原因，相互作用，加速電纜屏蔽層斷口處線芯絕緣老化，形成絕緣薄弱點(diǎn)，當(dāng)遇到某一過(guò)電壓沖擊時(shí)，此處絕緣易擊穿，導(dǎo)致接地故障。

4 對(duì)策探討

4.1 加裝均壓罩，改變電場(chǎng)分布

在電纜屏蔽斷口處加裝金屬材質(zhì)的均壓罩(見(jiàn)圖6)或均壓環(huán)，用于分散屏蔽層斷口絕緣處集中的電力線。均壓罩成喇叭形狀，底部?jī)?nèi)卷部分與電纜屏蔽層緊密連接在一起，改變屏蔽層斷口(銅辮接地處)的電場(chǎng)分布，增大徑向電場(chǎng)分量，降低軸向電場(chǎng)分量，降低屏蔽層斷口處線芯絕緣所處位置的電場(chǎng)強(qiáng)度，減緩屏蔽層電老化速度，達(dá)到延長(zhǎng)電纜使用壽命的目的。考慮到安裝固定均壓罩之后，妨礙應(yīng)力管、絕緣管(加熱收縮)安裝工作的開(kāi)展，可以改裝均壓環(huán)(針對(duì)35 kV單芯YJV30-120型電纜，見(jiàn)圖7)。在制作電纜終端過(guò)程中，將事先加工好的連接片(2片，用金屬材料制作)頭部與接地銅辮一起均勻地搭接在一起，并固定焊接，之后加裝應(yīng)力管熱縮，加裝絕緣管熱縮，從電纜接線端子處套入圓環(huán)(金屬材料制作)和絕緣支架，經(jīng)電氣試驗(yàn)合格后，將電纜上架固定，銅辮接地，將連接片尾部沿虛線處折疊與電纜軸向成45°角，并與圓環(huán)連接，再將圓環(huán)和絕緣支架連接，均壓環(huán)安裝工作完成，整體成喇叭形狀。

圖6 均壓罩構(gòu)想圖

圖7 均壓環(huán)及絕緣支架構(gòu)想圖

4.2 加裝保護(hù)器，降低或切斷流經(jīng)接地銅辮的工頻感應(yīng)電流

如圖8所示，將電纜一端接地線直接接地，另一端經(jīng)保護(hù)器接地。保護(hù)器為一壓敏電阻，護(hù)器上的感應(yīng)電壓較低時(shí)，保護(hù)器呈高電阻狀態(tài)，阻斷接地回路，限制流經(jīng)接地銅辮的工頻感應(yīng)電流；當(dāng)感應(yīng)電壓較高時(shí)，保護(hù)器呈低電阻狀態(tài)，接地回路導(dǎo)通，避免電纜遭受短路電流及內(nèi)、外過(guò)電壓沖擊時(shí)，在金屬屏蔽層產(chǎn)生的感應(yīng)沖擊過(guò)電壓，使電纜金屬屏蔽層所產(chǎn)生的工頻感應(yīng)電流和過(guò)電壓均得到限制，降低電纜正常運(yùn)行時(shí)銅辮焊接處的發(fā)熱，減緩電纜絕緣熱老化速度，有效延長(zhǎng)電纜的絕緣壽命。

圖8 電纜屏蔽層一端經(jīng)保護(hù)器接地

5 結(jié) 論

(1)從電和熱兩方面分析了35 kV熱縮電纜頭終端絕緣擊穿的原因，提出電纜頭終端因電場(chǎng)不均勻分布和環(huán)流熱效應(yīng)聯(lián)合作用是加速絕緣老化主因，可為相關(guān)類似故障分析提供參考。

(2)針對(duì)熱縮電纜頭終端絕緣易擊穿這一實(shí)際問(wèn)題，提出了加裝均壓罩和接地保護(hù)器的方案，為解決該類型設(shè)備運(yùn)維中的問(wèn)題提供了有效的方法，可延長(zhǎng)設(shè)備壽命。降低故障發(fā)生率。

(3)所設(shè)計(jì)的均壓罩在35 kV電纜運(yùn)維應(yīng)用中取得良好的效果。但對(duì)于不同電壓等級(jí)、不同型號(hào)電纜，需結(jié)合施工工藝、實(shí)際運(yùn)行工況作進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。