劉立燦
(邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司能源中心,河北邯鄲 056015)
邯鄲鋼鐵集團(tuán)某220 kV變電站有三段35 kV母線,主供一個軋鋼廠、三個煉鋼廠以及一座35 kV變電站。35 kV三段母線經(jīng)主變35 kV側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,屬于小電流接地系統(tǒng),系統(tǒng)接線如圖1所示。
圖1 220 kV變電站35 kV系統(tǒng)接線圖
某天變電站中央信號系統(tǒng)發(fā)出35 kV I段母線系統(tǒng)單相接地預(yù)告信號,然后自行解除,屬于瞬時接地,組織運(yùn)維人員排查,沒有發(fā)現(xiàn)明顯接地點(diǎn)。兩天后35 kV I母線又發(fā)瞬時接地信號,同樣沒有查到明顯故障點(diǎn)。隨著時間的推移,35 kV I段母線發(fā)出瞬時單相接地信號的間隔越來越短,幾天后發(fā)展成每天發(fā)1~2次瞬時單相接地信號,說明系統(tǒng)存在可恢復(fù)的單相絕緣擊穿故障,這種瞬時接地故障能引起非接地相電壓升高,甚至引起內(nèi)部過電壓,可能會造成非故障相絕緣薄弱處擊穿,繼而引發(fā)相間短路故障,對系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
由于35 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,因此接地電容電流經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后很小,根據(jù)以往接地選線裝置選線結(jié)果,一般不能準(zhǔn)確選出接地回路。
為盡快查出故障點(diǎn),一方面安排電纜運(yùn)維人員對配出電纜進(jìn)行全面檢查,檢查電纜有沒有挖掘砸傷破壞、有沒有明顯的接地打火冒煙現(xiàn)象,經(jīng)細(xì)致排查,仍然沒有查出明顯的故障點(diǎn)。另一方面,制定了將35 kV I段母線配出的5路電纜分別轉(zhuǎn)移負(fù)荷拉路停電判斷的方案,即將35 kV I段某一路35 kV電纜負(fù)荷轉(zhuǎn)移后將該路電纜停電,觀察35 kV I段母線是否發(fā)瞬時接地信號;當(dāng)將送35 kV變電站一路的電纜轉(zhuǎn)移負(fù)荷停電后,35 kV I段母線不再發(fā)瞬時接地信號,確定該路電纜存在較大的故障嫌疑。
送35 kV變電站一路的電纜由3根單芯交聯(lián)聚乙烯銅芯電纜組成,單線長度為3 km,每相電纜有5個中間接頭,除中間接頭處,其余均使用電纜卡具將三相電纜固定為品字形,全線敷設(shè)在地下電纜隧道內(nèi)。將該路電纜轉(zhuǎn)檢修后,按照如下步驟進(jìn)行判斷。
對送35 kV變電站一路電纜進(jìn)行全面仔細(xì)檢查,重點(diǎn)檢查電纜、電纜接頭、避雷器、接地線外觀有無破損、有無放電燒蝕痕跡等,除發(fā)現(xiàn)電纜隧道內(nèi)局部積水外,均未發(fā)現(xiàn)異常。
35 kV線路避雷器為氧化鋅避雷器,對避雷器進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
表1 線路避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)
從表1數(shù)據(jù)可以看出,三相避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為合格,可以排除避雷器發(fā)生故障的嫌疑。
先分別測量三相電纜的主絕緣電阻,測量結(jié)果如表2。
表2 電纜三相主絕緣電阻
從表2可以看出,A相電纜的絕緣電阻明顯低于B、C兩相電纜的絕緣電阻,A相電纜絕緣應(yīng)該存在絕緣缺陷。
為進(jìn)一步判斷其絕緣狀況,對三相電纜分別進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn),依據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T596-2005)11.3.1條的規(guī)定,試驗(yàn)電壓為78 kV,耐壓時間為5 min。在對A相電纜直流耐壓試驗(yàn)時,當(dāng)電壓升至60 kV時,主絕緣擊穿,試驗(yàn)設(shè)備跳閘。對B、C兩相電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn),順利通過78 kV、5 min耐壓。從直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果可以得出A相主絕緣不合格,變電站35 kV I段瞬時單相接地是由于送35 kV變電站一路電纜A相主絕緣擊穿引起。
通過對35 kV變電站一路電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn),可以判斷出A相電纜主絕緣存在故障。繼續(xù)安排運(yùn)維人員對A相電纜外觀進(jìn)行仔細(xì)查找判斷,仍然沒有發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn),不能確定故障點(diǎn)的具體位置。
為此,采用球隙放電的方法對A相電纜進(jìn)行脈沖放電,根據(jù)絕緣擊穿點(diǎn)會發(fā)出“啪、啪”的放電聲音來確定故障點(diǎn)。球隙放電接線如圖2所示。
圖2 35 kV電纜球隙脈沖放電接線圖
由于直流耐壓試驗(yàn)時電纜的擊穿電壓為60 kV,因此通過調(diào)整球隙距離,將放電電壓調(diào)整為60 kV,這樣確保電纜絕緣擊穿點(diǎn)能夠產(chǎn)生脈沖放電,發(fā)出“啪、啪”的放電聲音。同時,安排運(yùn)維人員沿35 kV變電站一路電纜敷設(shè)路徑對電纜進(jìn)行檢查,當(dāng)檢查到A相電纜線路1.5 km處第3個中間接頭處,該電纜頭發(fā)出“啪、啪”的放電聲音,確定故障點(diǎn)就在該電纜頭處。
停止對A相電纜的球隙脈沖放電,對該電纜充分放電并可靠接地,打開故障電纜頭,發(fā)現(xiàn)自芯線壓接管處沿主絕緣外表面有明顯的樹枝放電痕跡,如圖3所示。
確定該電纜接頭絕緣擊穿是自壓接管沿主絕緣表面發(fā)生樹枝化局部放電發(fā)展成為貫穿放電通道。由于沿電纜主絕緣表面樹枝化放電通道較長,再者系統(tǒng)電容電流經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后變得很小,不能形成持續(xù)的弧光放電,擊穿放電對主絕緣的損傷較小,因此只形成頻繁的瞬時擊穿接地。
圖3 35 kV電纜中間接頭樹枝化放電
將A相存在放電故障的電纜頭鋸掉,重新制作新的電纜接頭,對A相電纜重新進(jìn)行電氣試驗(yàn),測量絕緣電阻值為1800 MΩ,直流耐壓78 kV、5 min,試驗(yàn)合格。送電運(yùn)行后一切正常,沒有再發(fā)系統(tǒng)瞬時接地故障信號。
通過故障的查找和判斷,變電站頻發(fā)35 kV系統(tǒng)瞬時接地預(yù)告信號的原因是由于送35 kV變電站一路A相電纜中間接頭的樹枝化局部放電發(fā)展成貫穿的放電通道擊穿放電引起,為此,制定如下有針對性的防范措施。
由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的電纜頭制作人員嚴(yán)格按照電纜頭制作流程制作電纜頭。電纜頭制作環(huán)境要求空氣干燥、無塵,必要時需搭建臨時帳篷,與外界環(huán)境隔離;做頭人員需戴專用口罩、手套,防止口鼻呼出的水蒸氣、手上汗液粘附到電纜絕緣體表面;壓接管、導(dǎo)體上的突起、毛刺要挫平;絕緣體表面要打磨平滑,細(xì)小顆粒要清理干凈。通過以上措施,可以有效防止局部電場集中對絕緣的破壞,防止電纜頭局部放電的發(fā)生。
對電纜隧道加強(qiáng)維護(hù),防止電纜隧道滲漏水積水,嚴(yán)禁積水浸泡電纜頭。加強(qiáng)隧道通風(fēng),降低隧道內(nèi)濕度。
根據(jù)電纜負(fù)荷大小、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行年限,及時安排電纜預(yù)防性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電纜潛在缺陷。對于負(fù)荷較大、運(yùn)行年限較長的電纜線路,一般試驗(yàn)周期為1年左右;負(fù)載較輕、運(yùn)行環(huán)境良好的電纜可延長電氣試驗(yàn)周期,但一般不超過3年為宜。直流耐壓、泄漏試驗(yàn)可以有效地發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣缺陷,是檢測絕緣缺陷最為有效的手段。
在電纜接地線上安裝超高頻電流互感器,使用局部放電監(jiān)測儀檢測超高頻互感器二次信號,可以檢測整條電纜的局部放電量、放電脈沖的大??;使用局部放電在線監(jiān)測儀對電纜頭進(jìn)行超聲波局部放電檢測,可以檢測電纜頭的放電位置;與耐壓試驗(yàn)配合,可以有效發(fā)現(xiàn)電纜頭的集中缺陷,預(yù)防突發(fā)事故。
電纜線路是電力系統(tǒng)重要的組成部分,在安裝、施工、維護(hù)、檢修試驗(yàn)的各個環(huán)節(jié)均需嚴(yán)格遵守規(guī)范、規(guī)程,才能避免故障的發(fā)生,進(jìn)而確保整個電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。