110kV電纜中間接頭故障分析處理與防盜對策

學術論文曹隴平 潘玉江 2018-12-29 09:15:40
    0 前言

    近年來,由于城市化進程的加速,電纜數量和范圍均快速增長,但由于設計、運維、管理等方面的不足,導致高壓電纜在前期架設完成后缺乏養護、看守,或是由于高壓電纜的安裝、架設本身就不符合實際情況,使得電纜在安裝過程中就存在著不同情況的缺陷,導致電纜帶病運行或無防護措施運行,因而引發電纜頻繁被盜的情況,導致電力企業遭受巨大的經濟損失,同時也對人民生產生活安全造成威脅,因此,需要對高壓電纜的安全問題提高重視,并采取措施進行整改。

    1 110kV電纜中間接頭系列故障基本概況

    本文以某地由某廠家統一安裝的110 kV電纜,中間接頭造成的系列故障為研究對象,深入分析了一系列故障的原因。在此基礎上,總結分析了國內電纜及其附件故障的主要原因和類型,可對電力電纜的安裝、運維、管理提供借鑒,以期逐步降低電纜接頭的故障發生率。

    該段110kV電纜線路總長7.23km,全線共分為15個電纜段,由5個交叉互聯單元構成,一側接220kV變電站GIS終端,另一側接110kV主變壓器,兩側終端金屬護層采用直接接地方式。全線經過地區有一段河堤,采用排管與隧道相結合的方式敷設,電纜型號為YJLW03-64/110kV-400mm2。具體情況如圖1所示。

    2 電纜中間接頭故障實際情況分析

    根據圖1的情況,結合該地段電纜中間接頭故障的實際情況,本文做出了以下探尋方案及故障分析:

    2.1 測尋方案

    (1)發現電纜故障后,首先需要工作人員進行現場勘測,確定故障性質,才能進行進一步的故障測尋。主網系統反饋的220kV變電站在故障發生時采取了電流差動保護,實測距離約為4.9km,距主變壓器約2.3km。假設此段電纜線路為純電纜線路,通過資料對比得出,從110kV變壓器所在變電站側開始測尋故障準確率更高。

    (2)根據實地勘測情況,可采用3種方案進行測尋。一是用二次脈沖法對故障位置進行預定位,這種測尋方法相對能得到更準確的的數據,但需要經過多次多種情況的測尋,工序相對復雜,需要耗費較多的人力和時間,因此這種測尋方法一般用于其他測尋方法均不能湊效的情況下;二是采用高壓電橋法預定位,這種方法不需要拆除交叉互聯電纜的接線,操作相對簡便,但需要對故障線芯與無故障線芯進行短接,容易受到接地系統的外部干擾;第三種為沖擊放電法,這種方法摒棄了故障位置預定位的步驟,而采用直接對故障線芯進行加壓沖擊放電,并進行聽測的方式進行測尋,相對來說,這種方法更直觀且受外部因素影響最低,因此可以優先采用沖擊放電法來進行測尋。

    2.2 具體的測尋步驟

    初步確定了測尋方案后,我們可以從110kV變壓器所在變電站側進行高壓測試,將電纜故障測試車的高壓測試連接屏蔽線接到故障位置,并采用測試車的路徑整合測試設備,此步驟可以由電腦和信息平臺控制。

    在電腦主控平臺選擇:“精確定點一沖擊一電壓范圍一自動模式一沖擊間隔”,一再次確定沖擊電壓一開始沖擊放電,使高壓電設備能夠整合故障測試。同時可以人為設置GIS終端的變壓范圍,通常可以考慮不要高于15kV,約12kV時測尋的效果最好。采用聲磁同步儀測聽,對工井反饋回來的信號進行捕捉,最終確認故障位置應在4#工井B相。

    2.3 對實際故障進行解剖

    將故障接頭兩端鋸斷抬至地面,在防水盒上下螺絲擰合的地方進行進一步勘測,找到精確的故障位置。將焦熔物清除,發現金屬護層鋁波紋與銅編織帶焊接處與銅保護殼燒結在一起,送電側銅保護殼已脆化。

    進一步解剖,把靠送電側的銅保護殼、銅屏蔽網等清理后,發現預制橡膠絕緣件中間部位隆起擊穿,主軸向方向有一條一字型放射的主要裂紋。而在剖開橡膠材質的預制件后,發現在中間接頭約10cm處有一損傷,產生了放電圓形凹坑,凹坑沿連接管方向呈電樹枝爬電痕跡,由此可知,該電纜主要問題為中間接頭處產生的故障。

    3 對故障產生的原因進行分析

    根據以上測尋解剖的結果,可以分析認為,該段110kV高壓電纜中間接頭產生故障,主要原因是電纜交叉互聯同軸電纜被盜導致的。

    由于3#工井與4#工井地處河堤邊,該路段工井位置設計安置稍低于河床高度,因此該段線路電纜的交叉互聯箱與外箱都沒有進行嚴格的封堵措施,導致互聯箱內的交叉互聯同軸電纜沒有較好地隱藏起來,而是有一段裸露在外。這應當是造成同軸電纜被盜的主要因素。在同軸電纜被盜時,由于盜竊者采用了剪斷電纜的粗暴手段,使得剩下的電纜落入工井積水,造成短路,故障發生后沒有及時進行解決,導致所處線路的金屬護套鋁波紋、銅編織帶、銅保護殼等燒結在一起,最終導致了絕緣接頭發生擊穿的事故。

    造成這一結果,次要原因還有:①連接管沒有采用均壓套屏蔽罩,且繞包直徑小于電纜主絕緣直徑,使預制絕緣件內的應力控制管與連接管接觸不緊產生氣隙;②連接管壓膜處沒有打磨光滑,容易引起尖端棱角處放電;③金屬護套與大地將形成閉合回路,金屬護套中有環流通過,使電纜發熱,降低電纜載流量,產生了極大的環流,因而造成中間接頭故障。但主要還是因為同軸電纜被盜引發的交叉互聯接地系統循環不暢而導致的故障問題。

    4 針對電纜被盜導致故障的處理措施及建議

    運行中單芯電纜的金屬護套應可靠接地, 一旦完全懸空,就會通過電容分壓在金屬護層上產生很高的工頻電壓,對人身安全構成威脅,同時可能造成電纜擊穿故障,嚴重的甚至會導致電纜溝道或隧道火災。所以,一旦發生這種情況應立即進行處理。

    具體的處理措施可為:

    (1)加強對電纜線路的監測,尤其對交叉互聯箱的溫度、濕度、周邊環境進行嚴格檢察,確保在故障或意外發生時能及時發現、及時處理。對高壓電纜線路范圍加裝標識牌,以方便運維人員定時定期地對高壓電纜線路進行檢修,同時也能預防意外性質的破壞產生。

    (2)加強防盜措施,安排運維人員對易發生盜竊的路段進行嚴密巡視和監控,對于設置在地面上的交叉互聯箱體的基礎孔洞卜層用防火材料封堵,上半部分用混凝土填充,將同軸電纜包封在內的方法,加大被盜難度。對于終端塔、終端場所的接地電纜,將電纜穿入塑料波紋管,然后采用在波紋管內灌注砂漿的方法,以減少電纜接地線被偷盜的概率。

    (3)帶電檢修。接地線、交叉互聯線被盜后金屬護套產生懸浮電位的危害性很大,因此僅僅立足于緊急情況下的處理是遠遠不夠的。應采取有效手段防止類似的情況發生。但如果直接用接地線接地,瞬時放電電流很大,容易形成弧光放電,危及操作人員安全。應采用滅弧接地裝置立即將懸浮金屬護層單端接地,消除懸浮電壓,暫時將金屬護層單接地運行,然后停電或帶電恢復為交叉互聯雙端接地方式。

    (4)前期設計時應當考慮到被盜風險,盡量在預安裝階段就設計好防盜措施,如在中間接頭工井安裝自動溫度報警裝置,安裝智能防盜井蓋等。

    結語

    隨著城市化的不斷發展,高等級電纜線路運行公里數越來越長。現在國內電力部門普遍重視電氣設備而忽視了對電纜線路的管理,造成電纜隧道管理混亂,加強對電力隧道的管控,避免盜竊事故的發生迫在眉睫。相關部門需要更多的思考如何快速地解決電纜故障、如何科學地對電纜線路進行維護,確保電纜系統安全運行。
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