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【技術論壇】一起10kv出線電纜的故障分析及防止措施

雙欣電力2020-04-04 13:00:25

一、10kV出線電纜故障及其判斷尋查處理經過

2012年1月21日21時,涿鹿110kV變電站10kV母線接地保護動作,瞬間10kv583#出線保護電流速斷也動作,室內10kV出線油開關跳閘。重合閘裝置動作后,開關重合未成再次跳閘。為保證城鎮客戶用電,退出重合閘后,21:03時,又手動試送583#出線開關末成,再次跳閘。此時值班員聽到室外有放電聲音,立即跑到室外進行檢查,發現配電室墻上面583#出線穿墻套管處,A相、B相,架空出線的弓子線被燒傷散股,C相弓子線已被燒斷開路。三只穿墻套管接線柱處被燒傷,套管瓷絕緣表面也有放電痕跡。值班員到配電室檢查發現583#出線開關,油色變黑。

583#線路故障停電后,供電所人員對線路進行了夜巡,未發現故障點。因此初步判斷短路故障是由站內583#出線穿墻套管C相弓子線斷線引起弧光短路造成。當夜,修試人員檢修了583#開關,更換了開關內的油。清洗了穿墻套管,打磨套管的銅接線柱,又重新連接好C相弓子線后,再次試送583#開關。

結果試送時開關再次跳閘,此時認為故障點還是在套管處。因此又去穿墻套管處檢查,并未發現異常,說明故障不在此處。經分析認為C相弓子線被燒斷的原因,是583#開關試送電時,合在其它故障點上,是短路電流和電動力作用將C相弓子線燒斷開路后,產生弧光發出放電聲音。為此又尋查從站內10kV出線架構至583#架空線始端桿段的10kV直埋電纜,發現電纜首端的終端頭有些損傷,認為故障可能是由此處引起的,因天黑計劃在22日重新做電纜終端頭處理。

22日早5時,供電所人員再次對583#架空線路和其它分支電纜線路終端頭認真進行尋查,因未發現問題,排除了是架空線路發生故障的可能性。

修試人員又更換了583#出線開關內的油,制造好電纜終端頭,并將出線電纜和583#架空線路從始端桿上斷開,再次分段試送電。

當對站內583#一段架空線和10kV出線直埋電纜線試送電時,開關又跳了閘,這說明故障處就在直埋出線電纜段。但由于沒有電纜故障測試儀,不能確定電纜故障點位置。便請求兄弟單位協助,用電纜測試儀測出了電纜故障點位置。即在電纜穿越公路的車道下面,此處路面被車輪壓深有0.4米之多。由于路面凍土層決硬,要挖出故障處電纜進行處理非常困難,因此領導決定重新敷設一條新10kV橡塑電纜臨時送電方案。

分公司人員,按照舊電纜走向通過土路面敷設了一條新10kV電纜,修試人員又重新檢修更換了583#開關內的油。制造好新電纜兩端的終端頭,并做了絕緣電阻和交流諧振耐壓試驗,合格后供電所人員從桿上拆下舊電纜固定好新電纜,將新電纜芯線按相序和583#線路導線重新連接。為防止新電纜在路面上再次被車壓壞,采用推土機運土覆蓋住新電纜的方法,并在兩側掛上禁止通行的標示牌。這樣,到22日下午16:00時,距春晚還有四小時,才恢復582#、583#、584#三條10KV線路供電。其中582#線路主要對五堡鄉鎮供電,583#、584#線路對涿鹿城鎮2/3客戶供電,另外,只有1/3客戶由586#10KV線路正常供電。

由于這次583#出線電纜故障,造成對涿鹿鎮和五堡鄉鎮大面積停電。據統計583#10kV線路共停電19小時。因583#出線電纜的終端頭距582#、584#出線電纜終端頭的距離較近,從桿上拆除舊電纜安裝新電纜工作時不安全,因此, 也將這兩條10kV線路停電8小時。

在583#出線電纜故障處理工作中,張家口供電公司領導和分公司領導都親臨現場指揮,并決定對涿鹿110kV站10kV配電設備和10kV出線電纜早日進行更新改造。


二、10kV出線電纜發生故障的原因

1.遭受外力破壞而損壞

涿鹿110kV站10kV出線,原來是從10kV配電室穿墻套管上邊的蓬雨板掛線,經室外水泥桿架構到線路始端桿是架空出線。2003年城網改造時,從架構到始端桿段,全改為用YJLV22-8.7/15kV120平方橡塑電纜直埋敷設出線。2009年4月份,涿鹿縣交通局在該站圍墻東側南北方向修建了一條土路面公路,恰好通過10kV583#、584#、585#、586#共4條直埋出線電纜。到2012年直埋電纜處路面,已被大車、汽車車輪壓下有0.4米深。由于直埋電纜沒有穿鋼管保護,多年過車電纜受到重力擠壓,使583#出線電纜保護層及內部芯線被車壓力損傷,因當時負荷電流不大,電纜還能勉強運行,到2012年年初,583#線路負荷從3000kW增加到5300kW,已超出受損后電纜芯線的允許電流。受損處電纜芯線長時間發熱,使電纜絕緣降低,運行中若再受到高電壓作用時,使絕緣擊穿,引起電纜芯線發生單相接地,又擴大為相間短路故障。除此處外,過去也曾多次發生過因施工用挖土機挖溝時,損壞直埋電纜的故障。

2.系統接地電容電流的影響

在中性點不接地系統中,由水泥電桿和電纜混合的10kV線路,當系統發生單相接地時,接地點流過的電容電流為10安培或以上時,在接地點產生的電弧就不會自行熄滅,還會引起系統過電壓,使絕緣較弱的電氣設備被擊穿,引起單相接地或短路故障。

涿鹿站有8條10kV出線,有三路對涿鹿城鎮和三路對工業用電客戶供電。城網改造后10kV電纜線路增加,經計算接地電容電流已達到10安培。但該站10kV母線未設計安裝10kV消弧線圈,不能對電容電流進行自動補償。所以當該站10KV出線電纜發生單相接地故障時,還會引起弧光相間短路,造成開關跳閘。

3.缺乏對電纜線路運行管理經驗

該站東側土公路通車幾年后,已發現路面在583#直埋電纜處,被車輪壓深,因缺少設計施工資料,不知電纜沒穿鋼管保護,未引起重視,這樣給以后電纜運行留下了故障隱患。過去運行經驗認為,10kV系統發生故障,主要是由架空線路造成,電纜線路發生故障主要是電纜終端頭造成。所以這次583#出線電纜故障時,仍誤認為是583#架空線路故障或是電纜終端頭故障造成,沒能及時準確判斷出故障范圍和性質。確定出線電纜故障后,因沒有電纜故障測試儀,又不能確定故障點具體位置。這一切都延誤了處理故障時間,造成三條10kV線路晚恢復供電。

三、防止10kV系統故障的措施

1.對10kV配電裝置更新改造

涿鹿110kV站10kV配電裝置更新改造工程,是由張家口供電公司設計。于2012年4月先完成了土建工程:從該站10kV配電室,穿過土公路到路兩側10kV線路始端桿,新建成磚結構水泥預制蓋板的電纜溝150m,又在室外10kV出線側新建了兩座10kV接地變和消弧線圈水泥混凝土基礎等土建工程。到5月份,縣交通局在原土公路面上鋪了瀝青油,成為鎮內的環城路。公路兩側是由該站南北方向出線的七路10kV線路和一路35kV線路均為同桿架設的桿塔。

2012年9月7日,由北京匯通盛電氣安裝公司,在涿鹿供電分公司配合下,開始對該站10kV配電裝置和10kV出線電纜改造工程進行施工。為減少施工期對用戶的停電時間,在室內先后按10kV母線分段進行設備安裝,施工段的母線負荷由另一段母線供電。到9月27日共用了20天時間,完成了該站10kV配電裝置及出線電纜三項更新改造工程。經交接預防性試驗和工程竣工驗收,完全合乎規程要求。同時,分公司也利用停電時間對10kV線路進行了檢修調整。這樣,使該站10kV配電裝置及10kV線路正常投入了安全運行。三項更新改造工程主要內容施工情況略述如下:

(1)屋內10kV配電裝置的更新改造

拆除原屋內運行了20年的GG1A10型開關柜20面,和原10kV出線微機保護屏、控制屏6面。新裝KYN—28A小車開關柜24面,其中擴裝出線柜4面。新裝微機保護和控制屏7面,其中新增一面消弧線圈控制屏。10kV小車開關柜面上裝有開關狀態智能控制儀,上標有開關柜接線圖,能顯示柜內溫度、濕度等。柜面上還裝有開關分、合閘控制按鈕、各種位置指示燈和測量儀表等。10kV進線、出線、母聯、電容器組、接地變小車開關柜內,裝有彈簧儲能機構的真空開關及其配電設備,能手動、自動分、合閘。開關柜前、后門機械閉鎖,10kV母線為全封閉,柜內還裝有帶電運行和停電狀態的語言報警。另外,還拆除了墻上 10kV 出線穿墻套管,封堵了墻上出線孔,粉刷了配電室,安裝了自動排風翁等土建工程。

(2)屋外10kV接地變和消弧圈新裝工程

在屋外預制的基礎上,安裝了JDKJ-400/100kVA,電壓比10.5/0.4 kV,三相戶外接地變兩臺,還安裝了XDZ-315/10型,額定容量315kVA、額定電壓10.5/√ 3kV、額定電流10—52A,具有14個抽頭的戶外式消弧線圈兩臺,其本身都附裝有DYJZ-Ⅱ-10/10-52A有載分接開關;又安裝戶外RWK-10型阻尼電阻箱兩臺。以上設備每段10kV母線各使用一臺。為保證安全,設備四周加固定圍欄保護。在主控室內安裝的消弧線圈控制屏上,裝有兩面XHK-Ⅱ型自動調諧控制器,能自動控制每臺消弧線圈,又能顯示消弧線圈檔位、中性點電壓kV、中性點電流A、系統電容電流A、補償后殘流值A、調諧度百分數。

各臺設備接線情況:接地變一次線圈首端,用10kV電纜連接屋內每段10kV母線投切接地變的小車開關柜。接地變一次線圈Y型接線,中性點經10kV單報刀閘接消弧線圈首端。接地變二次線圈首端,用低壓電纜連接主控制低壓配電盤,供站內低壓用電負荷使用。消弧線圈的尾端,連接阻尼電阻箱內RXHGB14.24歐/600瓦過渡電阻首端,電阻尾端接地。阻尼電阻可以防止消弧線圈產生諧振過電壓及適應過補、欠補、最小殘留三種補償方式。

(3)10kV出線電纜更新改造工程

涿鹿站10kV系統共有8路10kV出線,舊10kV出線電纜因截面較小均需更新。首先拆除從配電室墻上至水泥電桿架構段的每路架空出線,再拆除架構至10kV線路始端桿的直埋舊電纜。考慮到該站城網10kV線路有6路是環網接線開環運行,按最大負荷計算,每路10kV新出線電纜選用了兩條YJLV22-8.7/15kV240平方三芯橡塑電力電纜明敷在預建的電纜溝內,在兩條電纜首端終端頭把同相芯線和出線小車開關柜內并聯連接,兩條電纜末端在10kV線路始端桿上,用鍍鋅鋼管保護,角鋼支架固定,電纜終端頭同相芯線和桿上安裝的10kV單板刀閘在電源端并聯連接,刀閘負荷端按相序和10kV線路導線相連。另外,在始端桿上還安裝了10kV氧化鋅避雷器,作為電纜線路的防雷保護,為防止鳥害還安裝了警鳥器。

該站還有2路10kV出線,是單回路輻射性供電。考慮到每路最大負荷,每路10kV出線電纜選用了一條YJLV22-8.7/15kV240 。

平方的三芯橡塑電纜,其敷設和安裝方法和上述方法相同。該站8路10kV出線電纜改造工程,共安裝敷設新10kV電纜14條累計2000m。

2.提高10kV電纜線路設計和安裝水平

變電站10kV出線電纜和穿越公路的多條10kV電纜,為了便于電纜的敷設和抽換,要求建筑磚結構的主電纜溝敷設,溝內安裝角鋼支架,能敷設多根電纜,并可靠接地。

穿越公路和城鎮街道的單根10kV橡塑電纜,要穿入鍍鋅鋼管內敷設,埋深不小于0.7m。鋼管的內徑和電纜直徑比不得小于1.5倍。需用多根鋼管連接敷設時,兩根鋼管之間的連接應采用直徑較大的短鋼管套接,不宜采用直接對焊連接,更不允許帶間隙單獨對接。從溝道引出在桿上敷設的電纜,也要穿入2m或以上長鋼管固定敷設。交流單芯電纜不得單獨穿入鋼管內敷設,鋼管還要可靠接地,封堵頂部。

穿越農田和街道旁的10kV電纜,可以采用直埋電纜敷設,深度不應小于1m。直埋電纜上下部,在溝底鋪以不小于100mm厚的軟土或沙層并加蓋保護,其覆蓋寬度應超過電纜兩側各50mm。保護板可采用混凝土板或磚塊,電纜溝回填要分層窮實,街道兩旁的人行道路面還應加預制蓋板。電纜走向應加方向水泥預制標樁,并留有設計施工資料。10kV電纜線路在運行中,電纜終端頭和接頭處容易發生故障。主要原因是由于終端頭制造工藝和安裝存在缺陷。因此要求選用質量較高的10kV冷縮終端頭和接頭,由具有制造經驗的專職人員,按照制造廠說明書中要求進行。目前,我分公司改為由銷售單位和分公司共同制造,電纜中間接頭改為在電纜分支箱內進行。安裝橡塑10kV電纜終端頭,不得讓終端頭的三相冷縮管彎曲受力,從芯線端子處再用絕緣防老化線自然彎曲和線路導線或刀閘相連。電纜終端頭要裝設10kV氧化鋅避雷器,其接地裝置接地電阻不大于10歐姆。電纜線路的兩端在溝道敷設,其長度要求留有余度。橡塑絕緣電纜線路完工,需做絕緣電阻和交流諧振耐壓試驗。

3.加強對10kV線路的運行維護管理工作

(1)按巡視周期對線路進行認真地巡視檢查工作,發現線路存在的缺陷,分輕重緩急進行處理消除缺陷。

(2)每年定期對10kV線路進行一次停電檢修工作。

(3)作好電纜線路預防性絕緣試驗工作。

變電站10kV出線電纜,每年用2500V或5000V兆歐表測量絕緣電阻。橡塑電纜每三年用ST3598變頻諧振高壓試驗裝置,用20HZ~300HZ對電纜主絕緣對每相做諧振耐壓試驗,試驗電壓值1.6U。(U。橡塑絕緣電力電纜額定相電壓(kV),10kV橡塑電纜Uo=8.7kV)試驗時間5min。10kV分支電纜線路,每年做絕緣電阻和接地裝置的接地電阻的測試。每3—6年做一次交流諧振耐壓試驗。

四、改進10kV系統故障的判斷、尋查和處理方法。

1.單相接地故障的判斷

變電站10kV母線單相接地保護動作后,調度室遠動裝置會發出語言接地報警,計算機顯示器能顯示母線三相電壓變化值,并能打印。此時,值班員應解除音響,利用三相電壓值判斷出接地程度和接地相。

當三相電壓值一相為零,兩相相等為線電壓時,表明電網發生了單相金屬性接地,電壓為零的一相就是接地相。當三相電壓值不相等,一相大于相電壓,一相偏低但不為零,表明電網某相發生了經過渡性電阻接地,如某相和樹枝相碰,電網中性點不接地運行時,按正相序排列,最高相電壓下一相就是接地相。電網中性點經消弧線圈接地運行時,消弧線圈采用過補償時,最高相電壓上一相為接地相。當三相電壓值有兩相相等,一相電壓偏高但小于線電壓時,表明出線開關或線路分段開關有一相開路;或架空線路導線有一相斷線但電源端不接地,或從負荷端接地,造成從斷線處負荷側線路缺相運行,這種故障也會引起接地保護動作,叫單相虛幻接地。

農網變電站一般不安裝單相接地自選裝置,接地保護不能判斷出哪條線路接地。調度值班員可以利用遠動裝置,采用試停出線開關的辦法尋找接地線路。一般先停線路長分支多,歷次故障多負荷輕用電性質次要的線路,后停線路短分支少,負荷重的線路,專用線路應先通知或轉移負荷后再試停。當試停某路開關后,接地顯示并沒有消除時,表明此線路沒有發生單相接地,應立即再合上開關。但當這條出線有電纜線路時,應等一段時間約5-10分鐘后再合閘。這是因電纜線路停電后仍保留一定電壓值,停電后會通過線路電阻放電,使殘壓變低。如果立即送電,電源電壓和電纜內電壓疊加,將擊穿電纜絕緣。

當試停某路出線開關后,接地顯示消除,說明這條線路發生了單相接地。調度員應通知線路運行管理單位,并將接地判斷結果一起講明,以便幫助尋找接地故障點。

2.單相接地故障的尋查方法

(1)先巡線檢查,后分段試停電尋查。城網10kV線路供電半徑較短,分支線又少。電網白天發生單相接地故障時,線路停電后,派員對故障線路先進行巡視檢查,查出接地點后,及時進行處理,以便恢復線路供電。但因有的缺陷巡線不易發現,所以送電后線路又呈現單相接地現象。此時,在不停出線開關的情況下,先停線路末端大分支線路開關,尤其是有電纜線路的分支線路,若電壓顯示正常,說明接地點就是此分支線路,否則再停2#分段開關,或中段大分支線開關等,先找出線路故障段,再進行巡線檢查,尤其是檢查電纜終端頭。對故障段的電纜分支線路,可用兆歐表遙測電纜芯線對地絕緣,若芯線接地,先將故障電纜線路分割,及時恢復正常線路供電,然后再進行處理。這種尋找接地故障點的方法,不但準確,而且可以減少對電纜線路的沖擊次數,能避免電纜線路發生故障。

(2)先分段試停電,后巡線尋查

農網10kV線路,線長面廣分支線又多。當電網某條10kV線路發生單相接地故障時,變電站因此先斷開了出線開關。線路維護單位得到調度員通知后,派員將該線路末端2#分斷開關斷開,并要求調度員合上10kV出線開關。若接地現象消失,表明是末段線路發生單相接地,經巡線檢查查出接地點后,及時進行了處理,再合上2#分段開關,使該段線路恢復了供電。若接地現象沒有消失,說明不是末段線路單相接地。在出線開關不停電的情況下,再斷開中段線路大分支開關,最后斷開線路1#分段開關,若接地現象消失,要求對路進行巡查檢查,查出接地點進行處理后,合上1#、2#線路分段開關、分支線開關,全線路恢復了正常供電。因此用這種尋找接地故障點的方法,能節省巡線查找故障點的時間。尤其在夜間線路發生接地故障時更為適宜。

3.短路故障的判斷及尋查

(1)實現10kV配網自動化,判斷短路故障段

配網自動化主要功能有:饋線發生相間短路故障時,能故障報警并根據饋線出線開關,分段開關的饋線終端(FTU)記錄故障前及故障時的主要信息,經計算機系統分析和故障差動功能,判斷出故障區段和非故障區段,使故障區段的分段開關跳閘,實現故障區段隔離和非故障段恢復供電。這樣,可以根據判斷結果,派員對故障區段進行巡視檢查,查出相間短路點,經處理后,對故障區段線路恢復供電。

(3)利用繼電保護裝置判斷短路故障區段

在未實現10kV配網自動化的線路,變電站出線開關,裝有微機電流速斷和定時限0.7秒—1.2秒定時限過電流保護。電流速斷保護,是按線路三相短路電流整定時,而且不能保護線路全長。定時限過流保護和分斷開關瞬時過電流保護,是避開線路最大負荷而整定的,可以分別保護線路全長和各分段線路。當線路末端短路時,主干線1#、2#分段開關可能無選擇性都跳閘。如果將分段開關保護改造成帶時限動作并和出線開關定時限保護相配合,就可以達到選擇性了。因此,我們可以按照保護的動作情況和保護范圍,判斷短路故障段,然后派員對線路故障區段進行巡視檢查,尋查短路點,經處理后恢復全線路供電。這里值得注意的是:如果變電站10kV出線是電纜出線,或架空線路中有分支電纜線路時,10kV出線保護應退出重合閘裝置,更不能開關跳閘后再進行試送。這是因為電纜線路故障多為永久性質,若用重合閘使開關重合,或進行試送。必然會擴大故障范圍,對設備造成不應有的損失。因此,當出線開關跳閘后,應首先檢查線路首端的架空線路,若線路正常再對出線電纜使用兆歐表進行初步絕緣測量,確定電纜故障后,再用電纜故障測試儀,確定電纜短路點位置,重新制造接頭或更換新電纜處理后及時恢復對線路供電。

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