埃塞某项目400kV高压电缆外护套故障的研究--中国期刊网

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埃塞某项目400kV高压电缆外护套故障的研究

发表时间：2021/5/10 来源：《建筑科技》2020年10月下作者：刘平

[导读] 结合埃塞某水电站项目的施工实践，主要研究了400kV高压电缆外护套故障的排除方法，包括目测法、电压降法、平衡电桥法、热效应法，最终热效应法得以解决本项目高压电缆外护套故障的问题。同时，对各个方法的适用情况也作了简要说明，其它项目的类似问题可作适当参考。

北京中国葛洲坝集团国际工程有限公司刘平 100025

摘要：结合埃塞某水电站项目的施工实践，主要研究了400kV高压电缆外护套故障的排除方法，包括目测法、电压降法、平衡电桥法、热效应法，最终热效应法得以解决本项目高压电缆外护套故障的问题。同时，对各个方法的适用情况也作了简要说明，其它项目的类似问题可作适当参考。
关键词：高压电缆外护套、多点故障、目测法、电压降法、平衡电桥法、热效应法
        1工程概况
        本项目为水电站EPC项目，位于埃塞俄比亚东南部Genale河流域，主要工作内容包括1座大坝、1条通水隧洞、1个地下厂房、1个户外开关站等。该电站包含三台混流式水轮发电机组，总装机容量254MW，户外开关站电压等级为400kV。
        该电站400kV高压电缆共有9根，每台机3根，单根电缆长度约440米，户内采用的是GIS电缆终端，户外采用的是充油式电缆终端。高压电缆的铝铠在户内侧是直接接地方式，在户外侧是通过避雷器接地。
        2.400kV高压电缆的参数说明
        本项目所使用的400kV高压电缆采购于德国，该电缆结构包括8层，从内至外每层的参数如下：
        1）铜导电层：直径30.2mm
        2）半导体层：厚度0.4mm
        3）导体屏蔽层：厚度1mm
        4）绝缘层：XLPE，厚度28.2mm
        5）绝缘屏蔽层：厚度1mm
        6）半导体层：厚度0.5mm
        7）铝铠层：厚度2mm
        8）外护套层：包括绝缘层、防火层和半导体层，最表面为半导体层，外护套层厚4.3mm
        3 400kV高压电缆参考标准
        1）IEC 62067 《150kV至500kV高压电缆及其附件试验方法和要求》
        2）IEC 60229 《带特殊保护功能的电缆外护套电气试验规定》
        4.400kV高压电缆外护套故障的发生
        本项目地处非洲，施工条件、环境较差，在对3号系统的400kV高压电缆敷设过程中，因敷设不当，导致其中C相电缆外护套多处出现划伤、磕伤等现象，部分破损位置甚至伤至铝铠层。在对C相伤至铝铠层的破损点以及部分其它较严重的破损点进行修复处理后，外护套10kV直流耐压试验合格。3号系统的A、B相高压电缆外护套10kV直流耐压试验也均合格。
        此后，在对3号400kV高压电缆系统做升压试验时，升至额定电压约10分钟，该系统的A相高压电缆户外终端出现放电故障，俗称“放炮”现象。
        本项目的400kV高压电缆户外终端是充油式户外终端，在发生放电故障后，需对终端内部的绝缘油、应力锥、缠绕的半导体带、绝缘带等全部更换。项目部联系了德国供应商补供修复户外终端所需的配件和材料，之后德国厂家派专业人员对A相400kV高压电缆户外终端进行了修复，然后重新对三相做外护套10kV直流耐压试验，发现A、B相合格，但C相不合格。
        5.400kV高压电缆外护套故障的分析
        根据IEC标准，高压电缆在投运前必须通过外护套10kV直流耐压试验，然后再进行24h额定电压试验。本项目3号高压电缆系统的C相高压电缆外护套10kV直流耐压试验未通过，按照图1进行分析，试验未通过的原因应是外护套外表面的半导体层和铝铠层在电缆的某个点或者某些点发生了导通现象，在铝铠上加电压时，通过此导通部位与地相连。
        经进一步分析，400kV高压电缆外护套外表面半导体层和铝铠层导通的原因有两种可能，一是A相高压电缆的户外终端放电故障时，使C相之前敷设产生的多处外护套破损部位遭到了进一步的破坏；二是在高压电缆厂家技术人员在做外护套10kV直流耐压试验时，在试验仪器上操作不当，使得试验电压上升过大，进而对外护套的绝缘层产生一定程度的破坏。

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        6.400kV高压电缆外护套故障的处理
        在C相外护套10kV直流耐压试验失败后，在现场既有试验设备以及临时从其它项目调用试验设备的基础上，采取了如下办法来处理：
        6.1目测法
        1）所需设备和仪器：直流电压设备、对讲机等
        2）方法简述：用直流电压设备在400kV高压电缆C相户外终端的铝铠上施加电压，施加的电压控制在5kV以下，泄漏电流控制在30mA以内，时间越短越好。同时，另外一组人沿着电缆全线蹲守，每人观察一段电缆，观察有无放电、冒烟等现象。
        3）结果：失败。
        4）分析：在使用此方法时，沿着电缆确实听到放电声音，但是经过逐个放电点排查，发现均是外护套半导体层对电缆金属卡的放电。在排除上述放电点后，再次试验，无放电现象，无冒烟现象。
        6.2 电压降法
        1）所需设备和仪器：绝缘电阻测试仪、直流电压设备、万用表
        2）方法简述：用绝缘电阻测试仪或直流电压设备在400kV高压电缆C相户外终端的铝铠层上施加电压，从1kV至10kV逐级电压进行测试，同时，另一组工作人员沿着电缆全线用万用表逐段测量电压情况，通过判断电压的高低情况来估算外护套故障点可能的位置。
        3）结果：失败，此方法未找到明显的外护套故障点。
        4）分析：不管是用绝缘电阻测试仪或者直流电压设备，沿C相高压电缆检测的电压降没有明显的规律，据此判断C相高压电缆的故障点可能不止一个点。
        6.3平衡电桥法
        1）所需设备和仪器：高压电缆故障定位仪（平衡电桥原理）
        2）方法简述：此方法须将故障相C相和正常相B相的铝铠串联起来，在室内GIS终端处将C、B两相的铝铠用专用短接线短接，然后在户外侧将C相铝铠和B相铝铠与高压电缆故障定位仪连接，通过此装置给B、C相铝铠串联的回路加直流电压，待所加电压和泄漏电流温度后，调节电桥，待电桥平衡后即可读取故障点的百分比，然后经过计算可判断具体故障点的米数。
        3）结果：失败。
        4）分析：此方法测量出的故障点位置在约200m处（即+247m），通过将户外侧B、C相触头调换测量、将户外铝铠短接在户内测量等办法，测量的故障点位置仍是约200m处，但是，在200±20m范围内未发现明显故障点。据此进一步判断，电缆外护套存在多个故障点的可能性较大，而此方法不适合检测多点故障的电缆。
        6.4.热效应法
        1）所需设备和仪器：谐振变、绝缘电阻测试仪、钳形电流表、万用表、红外测温枪等。
        2）方法简述：根据现场高压电缆备用段和电缆斜井的位置分布情况，通过在部分点位剥去电缆外护套的半导体层，将电缆的外护套半导体层分成若干段，电缆的铝铠直接接地，用谐振变在电缆的外护套半导体层上加交流电压，交流电压控制下5kV以内，用钳形电流表检测输出电流，电流控制在200mA以内，用红外测温枪沿电缆检测温度变化情况，若有明显温度升高点，则立即降压，用玻璃片刮去温度升高点的外护套半导体层，然后，用绝缘电阻测试仪测量外护套半导体层剥开部位两侧的绝缘电阻，绝缘电阻不合格的段则继续采取上述办法来检测，直至所有段的绝缘电阻均合格。
        3）结果：成功。
        4）分析：通过此方法，在高压电缆外护套半导体层上设置了6个强制点的情况下，最终检测出12个故障点。此方法与上述其它方法最大的不同在于施加电压的部位不一样，上述其它方法是把电压加至铝铠上，而此方法是把电压加至外护套半导体层上。所以，在使用此方法之前，须将电缆悬空或者用绝缘橡皮垫将电缆与钢支架隔离，确保外护套半导体层与地之间绝缘。此方法中采用的谐振变，是根据项目现场既有的试验设备而选择的，实际上只需采用具有交流电压输出功能且交流电压可调节的设备即可。
        7.结语
        1）通过采取热效应法对高压电缆外护套故障的排除，及时解决了高压电缆无法投运的问题，得到了埃塞俄比亚业主和咨询工程师的认可，为3号机组的顺利发电奠定了坚实基础。
        2）通过对本项目的实践，关于高压电缆外护套故障的排除，不同的情况应采取不同的办法。对于高压电缆外护套多个故障点的问题，适用热效应法；对于高压电缆外护套1个或2个故障点的问题，可采用热效应法，也可采用电压降法或平衡电桥法。而目测法受人为因素影响较大，不建议作为高压电缆外护套故障的排除办法。
        3）在国内和国际上，高压电缆外护套出现多处故障点的情况较为少见，本项目的解决方案为其它项目的类似问题提供了成熟的解决思路。