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电力电缆绝缘击穿问题原因分析及探讨
发布时间:2018-12-03        浏览次数:28        返回列表

官志民

摘  要:随着电力、能源行业的发展,电力电缆应用越来越广泛,运行环境也越来越复杂,因此确保电力电缆的安全运行更加重要。2017年某在建1230MW燃气联合循环电站项目,公用11kV工作段到500kV升压站11kV工作段中压电力电缆击穿,报警显示三相电流不平衡。因被击穿位置位于综合管架上方电缆桥架内,当时无施工作业及恶劣气候条件可排除人为损坏等外力因素,初步分析因电缆绝缘水平降低而被击穿。该文结合案例对造成电力电缆击穿问题的不同原因进行了分析,并探讨归纳了各项预防措施,对减少电力电缆击穿问题具有参考意義。

关键词:电缆  绝缘  击穿  分析  预防

中图分类号:TM274    文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)11(c)-0055-02

1  电力电缆结构

该文以ZRC-YJV22 26/35 kV(1×240mm2)为例说明电力电缆结构,此电缆是铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜钢带铠装低卤低烟阻燃单芯独股电力电缆。从电缆结构来看,铜芯导体外面覆盖一层导体屏蔽层,用于防止电场对绝缘层(交联聚乙烯)的长期作用造成的电场分解和腐蚀;在绝缘层(交联聚乙烯)之外覆盖一层绝缘屏蔽,在绝缘屏蔽层之外尚有一层铜带屏蔽,他们的作用都是削弱外电场对交联聚乙烯的作用,以确保绝缘性能良好;铜带屏蔽还作为电缆保护接地的焊接点之用;在铜带屏蔽之外是聚氯乙烯外护套。

2  电力电缆击穿原因分析

通过对电力工程电力电缆案例进行的总结分析,影响电力电缆绝缘水平,导致电力电缆击穿的原因主要有以下几方面。

(1)设计不合理,电缆选型不满足系统运行要求。

正确的电缆选型是保证系统能够正常安全运行的首要条件。

常见电力电缆设计问题主要包括电缆型号、护套及绝缘层材质选择、电压等级、电缆截面、防火要求、电缆路径等。因此在电力电缆设计选型时,要综合考虑电气性能及电缆的绝缘层、外护套、阻燃性能及极端恶劣条件等。

(2)电缆、电缆附件制造存在缺陷,绝缘水平不满足要求。

在电缆绝缘层制造过程中,如果工艺控制不到位,电缆绝缘层中含有较多的杂质、电缆绝缘层不均匀或绝缘层厚度不满足要求,就会造成电缆制造缺陷,影响电缆绝缘水平,运行过程就容易出现绝缘老化、受潮等各种问题,导致电缆击穿。电力电缆绝缘缺陷主要包括绝缘偏心、厚度不均匀、线芯导体与绝缘分层、绝缘屏蔽表面突起、绝缘中裂纹等微创、绝缘中潮气气泡等杂质。

另外,电缆出厂检验由于试验方法的局限性,绝缘特性试验不能完全排除缺陷。有些制造商只进行电缆的绝缘电阻、泄露电流或者介质损耗测量,无法发现内部缺陷。而耐压试验可以发现危险性较大的集中缺陷,判断绝缘耐电强度,但也会对电缆绝缘造成一定程度的破坏。

(3)运输、敷设过程不规范,破坏电缆绝缘层。

出厂试验合格的电缆在运输、现场敷设过程也容易发生损坏。如果电缆运输或敷设过程受潮或发生电缆盘倾倒等问题使电缆受到碰撞、冲击等会损伤电缆。电缆敷设过程若机械牵引力过大而拉伤电缆,或电缆弯曲半径过小而损伤电缆,导致绝缘层弯曲或使电缆半导体层与绝缘层凹凸不平、产生气隙,局部电场集中引起游离,尤其是屏蔽层突起,在绝缘层薄弱环节逐步形成电树枝,最终导致绝缘击穿。

电缆接头设置不当、电缆做头不规范,屏蔽层压接不可靠或掺入水分、杂质等,影响电缆绝缘水平,最终导致问题发生。工程案例中经常出现因电缆接地不合格,金属护套产生较高的感应电压而对临近金属件放电,导致电缆绝缘被击穿。

(4)电力电缆的非正常运行。

电缆运行过程中若本身的散热速度高于发热速度或运行在正常的情况下,不会导致电缆击穿,而在实际运行中经常发生非正常运行状态。电力电缆短时运行、间歇运行以及短路运行等非正常工作下的电缆会使绝缘发生老化,导致电缆击穿。

电力电缆通过负载电流时会产生热量,随着负载电流的增大,温度就会逐渐升高。分正常运行时电缆发热快于散热,此时如不能找到原因并排除故障,就会产生绝缘热击穿现象;当电力电缆在运行过程中遭受过电压、短路电流的冲击,也会造成电力电缆击穿。

3  防止电力电缆击穿的措施

针对上述原因,电力电缆从设计、生产制造、施工、运行阶段应采取以下相应措施,消除隐患。

3.1 规范设计

设计阶段应综合考虑各方面因素,是保证电缆正常运行的首要条件。电缆截面设计,除了考虑线路计算电流、保护电器配合、线路压降的要求外,必须进行热稳定校验。电缆载流量设计应综合考虑工作温度、敷设环境温度、敷设方式等。配电线路应设计保护,在过负荷电流引起的导体温升对电力电缆绝缘造成损害之前的断开。电缆路径设计应尽可能避免机械损伤、化学腐蚀、热影响鼠害等。

《GB 50217-2018 电力工程电缆设计标准》对电力电缆型式与截面选择、电缆附件及附属设备的选择与配置、电缆敷设、电缆的支持与固定进行了明确。其中规定:交流系统中电力电缆导体的相间额定电压不得低于使用回路的工作线电压。

3.2 严格出厂前检验

项目在采购电力电缆前应对生产厂家进行源地评审,对其资质、能力进行审核。到货验收时进行外观检查,核对合格证、质量保证书等证明材料,核查型式试验报告中电性能、绝缘机械性能、护套机械性能等的试验条件及结论。

3.3 规范施工过程,避免电缆损伤

电缆敷设时严禁生拉硬拽,严禁在地面上拖拽,保证电缆弯曲半径,确保电缆不被划伤磨伤。电缆绑扎应按照规范要求,绑扎固定牢固,尤其是单芯独股电力电缆的绑扎应按照品字形。同时考虑到电力电缆在运行状态下存在热胀冷缩,产生机械应力,应考虑采用蛇形敷设,避免电缆由此受到机械损伤。

严格按照电缆接线工艺进行接线,高压电缆做头严格按照生产厂家工艺及标准规范要求,电缆剥切制作过程量取长度正确,焊接应牢固;外观平滑,电缆芯线及绝缘层表面清洁、无杂物、无皱折;压模与芯线应配套,绝缘管须套到芯线根部,外观光滑,无气泡。

3.4 严格预防性试验

施工现场在进行电缆敷设前后,应严格按照DL/T 596 预规中的要求最好全项目试验,并尽量创造条件,采用交流耐压试验。

按照《GB 50150电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》泄漏电流测量时,电缆的泄漏电流很不稳定、泄漏电流随试验电压升高急剧上升、泄漏电流随试验时间延长有上升现象时应找出缺陷部位,并及时处理。

3.5 规范电力电缆运行与维护,避免老化和损坏

电气操作应严格执行工作票制度,并定期地对电缆运行环境进行检查,防止电缆沟内积水,使电缆不受到机械震动、化学腐蚀、地下电流、热影响、鼠害等损伤。

加强对电力电缆的日常检查维护工作,定期测量电缆的接地电流;加强对电缆电压检测和温度、环境的检查,避免电缆长期处于超负荷运行,发现超负荷运行情况查找故障并排除,记录检查结果,保证电力电缆正常运行。

4  结语

总之,电力电缆的安全运行是系统的安全稳定运行的保障,电力电缆设计、生产制造、现场施工、生产运行都会导致电力电缆绝缘被击穿,对电缆系统稳定、安全造成严重影响。必须在设计、生产制造、现场施工、调试运行阶段予以足够重视,通过采取有效措施并严格各环节质量控制,才能切实预防、避免电力电缆绝缘击穿甚至爆炸问题发生,确保电力系统安全稳定运行。

参考文献

[1] 罗俊华,杨黎明,姜芸,等.电力电缆运行,故障及试验综述[J].电力设备,2004,5(8):4-8.

[2] 徐丙根,李胜祥,陈宗军.电力电缆探测技术[M].北京:机械工业出版社,2001.

[3] 马淑华.10kV电力电缆中间接头爆炸事故分析及防范措施[J].华北电力技术,2005(B11):68-69.