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35 kV 高压电缆头故障原因分析与工艺控制

  • 来源: 大唐华中电力试验研究院
  • 作者: 刘立群
  • 发布时间: 2018-03-23

0引言

某风电场于2014年12月实现并网发电,在近一年的运行过程中,陆续有35kV高压电缆头单相短路故障发生,严重影响了风机的正常运行。35 kV电缆作为风电机组输电的唯一通道,其重要性不言而喻。在国家大力发展风电的今天,认真查找35 kV高压电缆头故障原因,采取纠正措施,避免此类故障的再次发生,有着特殊重要的意义。

1  故障现象及原因分析

 故障现象都是单项接地短路跳闸,查找到故障点后,既有电缆头铜屏蔽层处外绝缘降低放电接地,也有电缆头半导电层断口处绝缘击穿等。

某风电场35kV电缆型号为 YJV22- 26/35 kV,电缆头采用冷缩技术制作,使用的是3M7684PST-G-1型电缆附件。

高压电缆头附件的绝缘性能不低于电缆本体,在结构上对电缆附件中电场的突变能完善处理,有改变电场分布的措施。高压电缆每一相线芯主绝缘外均有一半导电层,半导电层之外还有一层接地的铜屏蔽层。在屏蔽层以内,电场分布是均匀的。

在做电缆头时,剥去屏蔽层和半导电层,改变了电缆原有的电场分布,将产生对绝缘极为不利的切向电场。剥去半导电层的电力线向半导电层断口处集中,那么在半导电层断口处就是电缆最容易击穿的部位。屏蔽层本身是接地的,在屏蔽层保护之内的电缆,不会对另一相电缆产生相间电位差,而剥去屏蔽层之后的电缆,失去接地屏蔽后的电缆与另一相电缆之间就会差生电位差,这也是造成电缆终端处外绝缘损坏放电的一个原因。

3M电缆附件设计原理,在半导电层断口处,有一层3-5mm厚的应力泥覆盖,来消除半导电层断口处的电场不均匀,保证此处电位不畸变。为保证应力泥能够可靠覆盖在半导电层断口处,3M电缆附件安装过程中,有明确的尺寸规定。铜屏蔽层剥开后部位与另一相电缆之间的空气距离,也有明确规定,一保证相间绝缘可靠。

而现场施工人员没有严格按照3M电缆附件说明书要求的尺寸安装,各个电缆剥开的长短不一,导致部分电缆头半导电层断口没有被应力泥覆盖;而另一些电缆存在冷收缩管安装尺寸过长,遮挡住半导电层断口,使冷缩终端内自带的电应力泥失去作用。这都使断口处电场畸变产生局部高压,最终导致接地短路。

还有个别电缆铜屏蔽层剥开过多,甚至剥至电缆头颈部近处,而箱变内部安装空间狭小,三相电缆颈部存在交叉现象,因距离过近,失去铜屏蔽层的部位绝缘老化放电,长期运行后电缆绝缘性能逐渐劣化击穿。

以上分析充分证明了如果电缆头附件不能发挥应有的改善断口处电场分布的作用,其后果是极其严重的。而采用合格的电缆头附件制作安装程序,是确保35 kV高压电缆运行质量的关键环节。以下重点对保证35 kV高压电缆头施工质量进行对策分析。

2关键施工步骤分析

要使电缆可靠运行,电缆头制作中应力泥非常重要,而应力泥是在不破坏主绝缘层的基础上,才能达到分散电应力的效果。在电缆本体中,芯线外表面不可能是标准圆,芯线对屏蔽层的距离会不相等,根据电场原理,电场强度也会有大小,这对电缆绝缘也是不利的。为尽量使电缆内部电场均匀,芯线外有一外表面圆形的半导体层,使主绝缘层的厚度基本相等,达到电场均匀分布的目的。在主绝缘层外,铜屏蔽层内的外半导体层,同样也是为消除铜屏蔽层不平、防止电场不均匀而设置的。

 为了尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散, 应力泥与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20 mm,短了会使应力泥的接触面不足,应力泥上的电力线会传导不足。在某风电场,电缆头中作过程中的电缆预处理、安装刚铠接地线、安装三叉手套、安装冷缩支管环节都没有正常,问题出在电缆终端的安装上。以下重点说明35 kV高压电缆头制作过程中的终端安装工艺要求。

a)按尺寸开剥电缆终端。

b)在冷缩直管口往下6mm处绕包一层防水胶条。

c)从电缆外半导电层断口处往下量115mm,用PVC胶带做一明显标志,此处为冷缩终端的收缩基准。

d)用恒力弹簧将接地编织线固定在电缆铜屏蔽带上,并在接地线上绕包第二层防水胶条,把接地线加在中间,形成防水口。

e)半重叠绕包PVC胶带一个来回,将防水胶条、恒力弹簧和铜屏蔽带包裹住,但严禁包住外半导电层。

f)安装电缆鼻子

g)套入冷所示终端,定位于PVC胶带的收缩基准处,逆时针抽取芯绳,使其收缩到位。

h)完成铜屏蔽层接地联接。

3施工注意事项

切除电缆外半导电层时,切勿划伤主绝缘。如果不慎在主绝缘上留下刀痕,需用细砂纸(最大颗粒为120)打磨去除,并确保打磨光滑,防止表面不均匀产生电位畸变。

半导电层切口处需光滑、平整,不得有尖角或缺口;由于收缩基准的确定直接关系到安装后的电气性能,必须仔细量取,精确定位。

c)清洁主绝缘层表面时,要用不掉毛的浸有清洁剂的细布或纸擦净主绝缘表面的污物,清洁时只允许从绝缘端向半导体层一次擦过,不允许反复擦,碰到半导电层的擦拭纸应丢弃不得再用,以免将半导电物质带到主绝缘层表面。

4结束语

35 kV电缆作为风电机组输电的唯一主通道,其电缆头质量的好坏关系到风机的正常稳定运行,从而也关系到风力发电的发展前景。控制施工安装的关键环节,加强改善电缆头电场应力分布,就可以减少电缆故障,保证电缆运行的安全可靠。


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