严寒地区电缆GIS终端接地短路原因分析

李涟,刘志能,曹皓

(中国能建湖南省火电建设公司，湖南株洲412000)

严寒地区电缆GIS终端接地短路原因分析

李涟,刘志能,曹皓

(中国能建湖南省火电建设公司，湖南株洲412000)

Analysis on ground short trouble of GIS term inal cable in severe cold zone

新疆某电厂升压站投产4个月后，在严寒冬季相继发生了110 kV，220 kV电缆GIS终端接地短路事故。通过对事故现场勘察和事故电缆GIS终端解剖分析，发现电缆GIS终端设计不合理，GIS终端应力锥和环氧套之间的界面压力不够是导致事故的原因，并对电缆GIS终端设计和安装提出建议。

GIS终端；电缆；界面压力；沿面放电

新疆某新建电厂升压站装设了2组联络变,出线采用电缆连接,共有6个电缆GIS终端,并于8月中旬投产,一直运行正常。至12月下旬气温急剧下降几天后,1号联络变中压侧C相GIS终端击穿,1号联络变差动保护跳闸,事故时室外温度－24℃,开关站内温度－10℃；相隔10天后,2号联络变高压侧B相GIS终端击穿,2号联络变差动保护跳闸,事故室外温度－36℃,开关站内温度－18℃。

以上2起事故电缆均采用YJLW03交联聚乙烯单芯电缆,电缆终端采用国内某厂生产的同一型号的预制式GIS终端,该终端采用硅橡胶应力锥,环氧树脂套,安装后终端处于GIS金属壳体内,并封闭于SF6气体中。

1 电缆GIS终端事故情况

1.1 110 kV电缆GIS终端事故情况

1)终端损坏严重,环氧套大部分损坏,法兰处炸断为2部分,应力锥表面和底部半导电区域有严重的烧蚀痕迹 (见图1)；

2)终端底部接地法兰上有烧伤痕迹,说明有大接地电流流过 (见图2)；

3)用酒精清洗应力锥表面,并进行解剖,发现橡胶绝缘体下面的半导电体表面有一导电通道,并产生了位于半导电体喇叭口上部的橡胶辅助绝缘处击穿点 (见图3)；

4)观察掉落的环氧套碎片,发现环氧套内壁有电弧碳化痕迹,外壁干净无放电痕迹；

5)检查事故回路电缆表面,未发现放电痕迹。

1.2 220 kV电缆GIS终端事故情况

1)GIS终端底部环氧套损坏,环氧套被炸裂为2部分,环氧套表面未发现烧蚀痕迹 (见图4)；

2)移除GIS终端上部的环氧套,发现应力锥表面烧蚀痕迹严重,应力锥硅橡胶绝缘上有一贯穿击穿点 (见图5)；

3)检查环氧套内壁,发现大量碳化痕迹,外壁无放电痕迹；

4)检查电缆绝缘表面未发现放电痕迹。

2 事故原因初步分析

根据事故的现象,发生事故的原因有可能为GIS终端安装、制造,外部回路及系统过电压等原因,为此对以上可能原因进行了分析和排除。

2.1 外部原因分析

1)查阅运行日志及故障录波,当时线路运行期间负荷较小,1号联络变110 kV故障侧负荷为71A, 2号联络变220 kV故障侧负荷为105 A,且系统无过电压、外部短路等现象发生,可以排除系统故障的原因；

2)检查GIS设备内SF6气体压力、微水正常,设备内部未发现放电及其它异常现象,与GIS终端连接导电部分连接牢固可靠,没有过热及放电痕迹,可以排除GIS设备故障的原因；

3)检查安装文件,安装编制了作业指导书,作业指导书符合厂家参数要求；施工前,安装单位进行了技术交底,并且安装过程中有电缆附件厂家复核参数及监理见证；验收记录齐全,有关数据均符合电缆附件厂家及有关规程的要求,可以排除安装工艺的原因。

2.2 GIS终端制造原因分析

从2次接地短路事故现象看,环氧套炸裂但无击穿及外表面无放电痕迹,环氧套内表面、硅橡胶应力锥外表面、接地法兰均存在明显放电痕迹,沿面放电现象明显,基本排除材质不合格的原因,事故是由于GIS终端应力锥和环氧套之间沿面放电引起的。

3 沿面放电原因分析

3.1 GIS终端结构分析

根据厂家安装工艺,现场安装时先临时固定环氧套,环氧套内表面、应力锥外表面涂硅脂,然后分别将电缆、应力锥、出线组件套入环氧套,最后整体装入GIS设备。为保证应力锥与环氧套的压力,该产品采用弹簧压紧装置 (见图6),弹簧通过喇叭形的铝合金托架将压力传递到应力锥上,以保持应力锥与环氧套、电缆之间界面上的压力恒定,同时考虑高电场和热场作用下硅橡胶应力锥老化,以及环境温度变化引起的界面压力的变化〔1〕。

3.2 应力锥与环氧套之间沿面放电原因分析

由图6结构可以看出,应力锥与环氧套之间的压力主要由弹簧压紧装置提供,应力锥与环氧套体积的变化势必会影响弹簧的压力。经查阅有关资料,环氧树脂线性热膨胀系数一般为6×10－5/℃,硅橡胶为 (2.0～2.6)×10－4/℃〔2〕,交联聚乙烯为3.3×10－4/℃〔3〕,根据热膨胀系数可以看出,当环境温度降低时,硅橡胶应力锥比环氧套收缩更多,这将导致其界面压力变小,界面压力变小将导致击穿电压的降低。文献 〔4〕研究也表明,GIS终端复合介质界面沿面放电电压值与界面压强和界面状况密切相关,保证界面足够的压强可大幅提高界面沿面放电电压值,从另外一个方面说明界面压力的降低将导致击穿电压降低。

根据以上分析及事故现象,同时根据GIS终端连续稳定运行4个月,但是气温急剧下降几天后相继发生2次短路事故的情况,可以确定事故原因是由于厂家设计时未充分考虑严寒天气对GIS终端环氧套和应力锥之间的界面压力的影响,界面压力不够是导致GIS终端接地短路事故的原因。

4 结束语

为保证电缆GIS终端可靠运行,避免类似事故发生,设计和安装应注意:

1)厂家进行电缆GIS终端结构设计时,应充分考虑环境温度对应力锥和环氧套界面压力的影响,以保证有足够的界面压力。

2)安装时要严格按厂家的要求施工,并保持电缆、应力锥、环氧套表面的清洁度。

〔1〕王佩龙.高压交联电力电缆附件选型的若干问题 〔J〕.电力设备,2004,5(8):18-22.

〔2〕柯德刚.硅橡胶在电力电缆附件的应用 〔J〕.有机硅材料, 2002,16(5):18-20.

〔3〕甘兴忠.电线电缆绝缘交联聚乙烯交联工艺的分析和对比〔J〕.电线电缆,2008(2):8-11.

〔4〕戴征宇.预制型电缆附件沿面放电试验研究 〔J〕.高电压技术,2002,28(9):7-8.

TM595

B

1008-0198(2014)01-0048-03

李涟(1968),男,高级工程师,主要从事电气调试、电气安装、信息技术工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.01.015

2013-09-16

刘志能(1964),男,工程师,主要从事火力发电厂电气安装技术工作。

曹浩(1972),男,工程师,主要从事火力发电厂热控安装技术工作。