4-21220kV XLPE電纜故障原因分析

1、故障分析與反措 1 220kV XLPE電纜事故原因分析 馬衛(wèi)平1敖明王朔張書東王樹聲 （1.吉林省電力科學(xué)研究院; 2.吉林省電力公司） 摘要詳細(xì)地介紹了一起由高壓 XLPE 電纜故障引發(fā)電纜著火事故。通過對事故調(diào)查分析指出： 由于該電纜在制造、安裝、驗(yàn)收、運(yùn)行等方面均存在各種不同問題，最后導(dǎo)致電纜故障發(fā)生。在分析 了事故原因基礎(chǔ)上，提出了防止類似事故再次發(fā)生的建議。 1前言 某供電公司的電纜隧道中需敷設(shè)220kV XLPE 電纜6回，66kV XLPE 電纜3回，通信光纜1回， 共10個回路。這些電纜分別在2005年11月至2006年02月期間投入系統(tǒng)運(yùn)行。2006年4月6日17時24 分

2、，220kV春東乙線電纜發(fā)生C相接地故障，一次變電所側(cè)故障電流： IA=560A、IB=110A、IC=19390A、3I。= 19870A ；雙套分相差動保護(hù)、接地距離一段動作；故 障后 60mS開關(guān)三相跳閘；1160mS后重合閘動作，開關(guān)重合；重合后的故障電流： IA=30A、IB=10A、IC=17760A、3I。= 17800A 。60mS后雙套后加速保護(hù)動作,開關(guān)再次三相跳閘； 故障電纜另一側(cè)故障電流：IA=480A、IB=150A、IC=3160A、3I。= 2710A ,雙套分相差動保護(hù)動 作,故障后50mS開關(guān)三相跳閘。故障點(diǎn)流過的最大接地電流為故障電纜兩側(cè)接地電流之和即: 3

3、I。= 22580A 。 17時44分，值班人員發(fā)現(xiàn)電纜隧道220kV線路出口、66kV線路出口以及電纜隧道5號檢修口冒 煙，判斷電纜故障著火,5號檢修入口見圖一。17時50分有關(guān)人員到達(dá)現(xiàn)場確認(rèn)電纜隧道內(nèi)電纜故 障著火并且馬上通知了119消防人員。19時隧道中電纜全部停電。21時50分在消防人員的大力幫助 下，撲滅了電纜隧道內(nèi)的大火。 全國第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會論文集 2 圖1電纜隧道5號檢修入口圖2電纜隧道損壞情況 2電纜隧道及隧道內(nèi)電纜燒損情況. 2.1電纜隧道損壞情況 電纜起火造成電纜隧道的嚴(yán)重?fù)p壞。隧道側(cè)壁和頂板混凝土剝落，損壞范圍距5號檢修入口東 約30米、西約20米，總長度

4、約50米。損壞情況見圖二。 電纜隧道和5號檢修入口的損壞主要是頂板和側(cè)壁混凝土剝落、內(nèi)側(cè)鋼筋露出、防水涂料損毀 和一處隧道伸縮縫的止水帶損壞，造成頂板伸縮縫處漏水。其中：頂板損壞較嚴(yán)重，底層鋼筋全 部露出，混凝土剝落深度平均150毫米左右、最大約250毫米；側(cè)壁混凝土大部分脫落，剝落深度 約100毫米左右、最大約180毫米，內(nèi)側(cè)鋼筋露出。 2.2利光纖電纜損壞情況 隧道內(nèi)以第五檢修口為基點(diǎn)，沿東西兩側(cè)共計45米左右敷設(shè)的光纜全部燒沒，兩側(cè)各自再延 伸20米左右光纜外護(hù)套燒損變形，纜內(nèi)光芯受擠壓或折斷或衰耗增大不能用。因此實(shí)際光纜損失 長度在190米左右。 2.3電纜的損壞情況 從第五檢修口進(jìn)入

5、電纜隧道，位于入口點(diǎn)西側(cè)20米，東側(cè)35米之間的所有電纜幾乎全部燒損。 過火后的電纜燒損及其嚴(yán)重，高溫使電纜三角鐵支架彎曲變形，最終導(dǎo)致電纜從電纜架上脫落。 見圖三。 由于電纜隧道起火之后，隧道內(nèi)溫度過高，導(dǎo)致鋁合金護(hù)套溶化見圖四。最嚴(yán)重的數(shù)十米 220kV 和66kV XLPE電纜燒損后只剩下了裸桐導(dǎo)體。據(jù)介紹，外層阻燃護(hù)套燃點(diǎn)在380800， 鋁合金護(hù)套熔化溫度一般大于600，從現(xiàn)場電纜燃燒程度看，電纜燃燒嚴(yán)重段鋁合金護(hù)套度可能 達(dá)到上千度。完全熔化，僅剩導(dǎo)電線芯，因此電纜燃燒火焰溫可能達(dá)到上千度。 圖3電纜從電纜架上脫落圖4溶化了的鋁合金護(hù)套 2.4交叉互聯(lián)箱損壞情況 事故后現(xiàn)場檢查時發(fā)

6、現(xiàn)：電纜隧道內(nèi)春東乙線電纜交叉互連箱A相銅排有一個燒蝕的圓洞， 故障分析與反措 3 部分交叉互聯(lián)線因有過熱、被燒斷。經(jīng)查銅的熔點(diǎn)為：1083?？梢詳喽ㄣ~排圓洞為電弧燒蝕所 致，互連線斷線則說明互聯(lián)線在電纜故障期間流過比較大的短路電流。見圖五。 3XLPE電纜故障查找 3.166KV XLPE電纜故障查找 由于電纜在隧道內(nèi)燃燒溫度很高，造成隧道兩側(cè)的混凝土脫落后覆蓋了部分電纜，所以給電 纜事故原因的查找?guī)砹撕艽罄щy。見圖六。 圖5交叉互聯(lián)箱損壞情況圖6隧道內(nèi)混凝土脫落覆蓋了電 事故后檢查中首先發(fā)現(xiàn)66kV長東乙線B、C相有兩個明顯擊穿點(diǎn)，位置在220kV春東乙線2#中 間頭的最上方，兩個擊穿點(diǎn)

7、的距離大約為2m。在電弧作用下，B、C兩相擊穿部位的銅導(dǎo)體表面生 成了熔銅錐形突出體。見圖七和圖八。 圖 766kV 電纜 B 相擊穿點(diǎn)圖 866kV 電纜 C 相擊穿點(diǎn) 3.2220KV XLPE電纜故障查找 根據(jù)繼電保護(hù)的動作記錄，可以確定電纜事故起始于 220kV春東乙線C相。在電纜故障過程中C相的短路電流最大 達(dá)到了19390A，因此重點(diǎn)查找C相的故障點(diǎn)。在電纜隧道內(nèi) 反復(fù)查找沒有發(fā)現(xiàn)220kV春東乙線第一次接地故障點(diǎn)后，將 圖9220kV春東乙線C相故障點(diǎn) 全國第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會論文集 4 重點(diǎn)懷疑的C相電纜2中間接頭鋸下，拿到電纜隧道外進(jìn)行解體檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該中間頭銅套

8、 移位，并在距離鋁護(hù)套3cm處發(fā)現(xiàn)擊穿部位，擊穿點(diǎn)同樣也留下了熔銅錐形突出體。見圖九： 4XLPE電纜事故分析 4.1220KV XLPE電纜事故分析 根據(jù)春東乙線 C 相電纜頭解體發(fā)現(xiàn)的故障（見圖九） ，確認(rèn)春東乙線保護(hù)動作跳閘是由該故 障點(diǎn)所致。仔細(xì)觀察解體后的電纜中間街頭，沒有發(fā)現(xiàn)接頭的絕緣有任何異常，因此可以排除因 電纜接頭絕緣不好，導(dǎo)致的電纜主絕緣擊穿。 該故障點(diǎn)位于電纜中間接頭的端部，仔細(xì)檢查故障點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)距故障點(diǎn)左側(cè) 3cm 處對應(yīng)鋁護(hù) 套切割方向有一個原始的鋸痕(觀察實(shí)際電纜鋸痕要比在照片上觀察清楚的多)。經(jīng)過分析確認(rèn)這 個鋸痕是安裝電纜接頭時留下的。對于電纜接頭而言，電場最集

9、中的區(qū)域就在鋁護(hù)套邊緣,而鋸痕 恰好就在這個區(qū)域。由于鋸痕傷及了電纜主絕緣并且加大該區(qū)域電場的不均度，因此最終導(dǎo)致電 纜在運(yùn)行中擊穿。故電纜頭安裝質(zhì)量不良是造成電纜主絕緣擊穿的主要原因。 4.266KV XLPE電纜事故分析 從220kV電纜首次發(fā)生故障接地到電纜隧道里的電纜全部停電大約經(jīng)歷了3個多小時。在這段 期間電纜故障引發(fā)了電纜著火，而電纜線路重合閘導(dǎo)致電纜著火事故進(jìn)一步擴(kuò)大。220kV電纜故 障著火時， 66kV長東乙線電纜仍然在運(yùn)行，電纜著火的高溫造成66kV XLPE 電纜的絕緣迅速降 低，從而引發(fā)單相接地，最后發(fā)展到66kV電纜的B、C相間短路。詳見圖七、圖八。 4.3重合閘動作

10、行為分析 根據(jù)繼電保護(hù)故障錄波器提供的數(shù)據(jù)，春東乙線 220kV 電纜于 2006 年 4 月 6 日 17 時 24 分 首先發(fā)生接地故障接地電流達(dá) 19390A, 60mS 后保護(hù)動作切掉故障；1160mS 后重合閘保護(hù)合上開 關(guān)，由于 C 相故障沒消除，接地電流仍為 17760A，因此在 50mS、60mS 后電纜兩側(cè)開關(guān)分別再 次動作切掉故障電纜。保護(hù)按照預(yù)先整定方案動作沒有問題。 根據(jù)架空線路很多故障是可以自恢復(fù)的特點(diǎn)，因此有關(guān)規(guī)程要求架空線路配置重合閘有利于 提高供電的可靠性。電纜線路一般不配置重合閘理由也很簡單，絕大多數(shù)電纜發(fā)生故障后不能自 恢復(fù)。如果電纜線路配置了從合閘裝置，一

11、旦電纜線路發(fā)生故障，重合閘不但起不到保護(hù)作用， 相反會擴(kuò)大事故。對于電纜、架空線復(fù)合線路按照現(xiàn)有的規(guī)程規(guī)定可以設(shè)置重合閘。根據(jù)事故教 訓(xùn)，我們認(rèn)為：對于電纜架空線復(fù)合線路設(shè)置的重合閘時應(yīng)該增加一個判據(jù)，在重合閘動作前， 首先判斷故障點(diǎn)是否在電纜區(qū)域之外，只有當(dāng)故障在電纜區(qū)域外，重合閘保護(hù)才動作。這樣即可 以保證電纜出故障時不會因?yàn)橹睾祥l保護(hù)動作導(dǎo)致電纜事故擴(kuò)大，也可以使架空線出現(xiàn)暫態(tài)故障 及時切除保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 4.4交叉互聯(lián)箱燒損原因分析 根據(jù)繼電保護(hù)記錄，春東乙線電纜主絕緣擊穿的時的短路電流大約為 19870A。通過短路點(diǎn)的 電流為故障電纜兩側(cè)短路電流之和為：22580A。短路電流

12、應(yīng)該沿電阻值最小的電氣回路接地。根 據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況，該短路電流流經(jīng)方向?yàn)椋簭碾娎|故障點(diǎn)到鋁合金護(hù)套，由鋁合金護(hù)套到中間接 頭，通過中間接頭引出線到交叉互聯(lián)箱，大部分短路電流經(jīng)交叉互聯(lián)箱擊穿點(diǎn)接地，部分短路電 故障分析與反措 5 流經(jīng)鋁合金護(hù)套以及回流線到接地點(diǎn)接地。 巨大短路電流通過中間接頭引出線到交叉互聯(lián)箱時，由于交叉互聯(lián)箱接頭處接觸電阻較大， 所以在互聯(lián)箱接頭處產(chǎn)生了一個較高電位。假定互聯(lián)箱接觸電阻為 0.4 歐姆，大約 20000A 的短路 電流會使互聯(lián)箱接頭處達(dá)到 8000V。這個電壓足以將互聯(lián)箱接頭處擊穿，在短路電流作用下也足 以將互聯(lián)箱的銅排擊穿出圓洞見圖五。 4.5電纜著火原因分

13、析 電纜著火應(yīng)該首先發(fā)生在春東乙線電纜主絕緣擊穿處。22580A 的短路電流可能引發(fā)電纜著火。 重合閘使故障電纜兩次通過短路電流，加大電纜著火的概率。 另外短路電流通過中間接頭引出線為 PE 絕緣的銅導(dǎo)線。根據(jù)武高所實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，當(dāng)電流達(dá) 到 20000A 時，這種電纜會自燃。春東電纜故障時中間接頭引出線的電流能夠達(dá)到 20000A。 短路電流會使互聯(lián)箱接頭處對地電位達(dá)到上萬伏，導(dǎo)致互聯(lián)箱接頭處對地放電。在放電的過 程中，也將會導(dǎo)致電纜著火。 5XLPE電纜事故防范措施 經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)查詢及專家證實(shí)：這次高壓 XLPE 電纜著火事故是全國最大的一起電纜著火事故。 隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，全國大、中城市將越來

14、越多應(yīng)用電纜向城市負(fù)荷中心供電。為了保證電纜的 安全運(yùn)行，結(jié)合事故調(diào)查提出如下事故防范措施： 5.1加強(qiáng)電纜隧道防火措施 本次事故的電纜隧道內(nèi)設(shè)計有感溫表、感煙探測器，實(shí)現(xiàn)自動報警，在每層電纜上設(shè)感溫電 纜，溫度高時實(shí)現(xiàn)自動報警，在電纜隧道內(nèi)每隔 200 米設(shè)防火墻，以防止火災(zāi)漫延。但是由于工 程驗(yàn)收的時間關(guān)系，除防火墻外，其他防火措施并沒有完成電纜就投入運(yùn)行，從而導(dǎo)致了運(yùn)行后 電纜著火事故擴(kuò)大。本次事故教訓(xùn)是：對于易燃電纜，特別是易燃的電纜隧道，首先應(yīng)該驗(yàn)收的 是防火工程，在防火工程達(dá)不到驗(yàn)收條件時，整個工程不能驗(yàn)收，更不能投入運(yùn)行。 5.2加強(qiáng)電力電纜的全過程技術(shù)監(jiān)督 5.2.1在驗(yàn)收事故

15、后搶修電纜時發(fā)現(xiàn)；國內(nèi)某知名電纜廠家在 220kV 出廠電纜做局部放電試驗(yàn)時， 居然不進(jìn)行方波校驗(yàn)。 5.2.2220kV XLPE 電纜的最外兩層絕緣應(yīng)該是 PEPVC，我們定制的電纜正好相反。 5.2.3某廠家 XLPE 電纜現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：電纜絕緣厚度、電纜絕緣同心度、電纜的外觀都存在這 樣、那樣的問題。 5.3加強(qiáng)電纜施工質(zhì)量監(jiān)督 5.3.1加強(qiáng)電纜施工的監(jiān)理工作。參加監(jiān)理工作人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)并具備一定的專業(yè)知識。 5.3.2電纜應(yīng)該蛇形布置，夾具應(yīng)加橡膠墊。這一點(diǎn)非常重要。目前電纜隧道中部分電纜敷設(shè)沒 有達(dá)到蛇形布置。見圖十。 5.3.3電纜施工隊(duì)伍需要有資質(zhì)、有安裝設(shè)備和安裝經(jīng)驗(yàn)。 5.3.4高壓電纜接頭安裝特別重要。造成電纜事故的主要原因之一就是高壓電纜安裝時留下了安 裝缺陷所致。 全國第八次電力電纜運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)交流會論文集 6 5.3.5施工隊(duì)伍在電纜施工過程中應(yīng)建立施工技術(shù)檔案。包括必要的圖片。 圖 10電纜敷設(shè)過直，夾具無橡膠墊 6結(jié)論 a. 電纜頭安裝質(zhì)量不良是造成電纜主絕緣擊穿的主要原因。 b. 防火措施并沒有完成電纜就投入運(yùn)行，從而導(dǎo)致了運(yùn)行后電纜