220kV电缆护层外绝缘损坏原因分析及处理措施

摘要：220kV等级的高压电缆目前逐步成为电力系统的常见主设备，但是就220kV电缆运行维护的技术、经验偏少，这与电缆的大范围使用时间较短有关。文章分析了220kV电缆外层绝缘损坏的原因和影响，针对性地制定了处理方案并执行，从220kV电缆修复后运行经验来看是很成功的一次缺陷处理，为高压电缆维护提供了新的借鉴。

关键词：220kV电缆；外护层；绝缘损坏；电缆修复；高压电缆；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM246 文章编号：1009-2374（2016）14-0065-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.033

1 缺陷概述

2012年12月某厂#2机组大修，某日该厂电气维护人员对#2主变高压侧开关及220kV电缆进行预防性试验，220kV电缆为XLPE绝缘、单芯、铝护套、中间无接头。在进行C相电缆护层绝缘电阻试验时，发现绝缘表试验电压无法升至500V设定电压值，电压数值显示为72V左右，据此判断C相电缆外护层绝缘存在损伤，试验数据如表1所示：

2 缺陷查找

为查清C相电缆试验不合格原因，试验后电气维护人员立即组织对该电缆进行全线检查，除空压机房段电缆沟存在20cm深积水需要抽水检查外，其他段电缆检查未发现异常。12月26日上午，积水抽至10cm左右再无法抽干，进去检查发现#2机组220kV电缆在转角处存在电缆护层绝缘损坏现象，C相电缆紧挨着铁质尖角，具体如图1所示：

在将C相电缆挪动离开尖角后，立即用500V试验电压测试C相电缆护层绝缘电阻值立即达到十几MΩ。

为进一步了解该电缆绝缘情况，再次组织对电缆进行预防性试验，确认缺陷具体情况，试验结果见表2：

通过试验，基本判断缺陷位置就是目前发现的地方，电缆护套外绝缘其他位置基本没有损失，主绝缘情况良好。

3 缺陷原因分析

在发现电缆缺陷位置后，对电缆主绝缘进行了绝缘电阻试验和放电时间常数试验，试验情况见表2，试验结果表明电缆主绝缘暂时未发现异常。就电缆发生护层绝缘损坏，分析产生原因主要有以下四点：

3.1 220kV电缆沟积水降低了电缆运行安全系数

该处位置电缆沟较其他位置低，而附近的排水沟的高度也较电缆沟高，因此雨水都会在此处淤积而无法排除，但积水并不会直接损坏外护层绝缘。

3.2 支架尖角受力刺穿电缆外护层绝缘

220kV电缆敷设时需要不断转弯以适应电缆沟的路径，也就有应力留存。且电缆运行时，特别是在负荷变化较大时在电缆内部存在一个充电过程，会在护层上感应出较高的电压，同时对电缆本身也会产生一个较大的电动力。应力以及电动力作用下使电缆发生移动，这一点在现场能得到证实，很多用来防止电缆位移的固定卡环被电缆拉扯的变形，有的甚至迸脱，且有发现转角位置的电缆支架甚至扭曲变形。C相电缆外护层之前绝缘情况良好，在应力以及电动力作用下，C相电缆与图1所示的铁质支架尖角发生挤压，最后铁质尖角刺穿电缆外护层绝缘层，破坏了此处的绝缘，铁质尖角与铝护套可能已经接触。

3.3 电缆运行情况下护层与铁质尖角之间放电

在机组启、停时，受负荷电流的大幅波动在220kV电缆护层感应出较高的电压，C相电缆的外护层绝缘已经被破坏，此时护层电压击穿此处绝缘薄弱地方，对铁质尖端放电。电弧的高温不断破坏C相电缆的外护层绝缘。这是电缆损坏的开始。

3.4 潮湿环境下护层开始沿着水面放电

由于该处电缆沟位置较低，容易积水，积水位置虽然没有淹没电缆，但是比较靠近#2机组220kV电缆的底部。C相电缆存在绝缘损坏现象后，在积水较多的季节开始对电缆沟内的积水放电，电弧没有固定的路径，因此放电电弧不断损坏电缆底部的绝缘，产生的高温将电缆上部的绝缘烤干。同时产生的电弧会损坏紧挨着C相电缆的B相电缆外护层绝缘，B相电缆外护层绝缘损坏后同样开始在积水较深期间对水放电，同样的现象慢慢的扩散到A相电缆。这就是为什么在现场看到的电缆损坏情况，电缆底部的绝缘损坏比较多，而电缆上部绝缘只是脆化。

4 绝缘修复方案

经慎重考虑，电气维护人员制定了220kV电缆绝缘损坏修复基本方案，就是采用绝缘材料修复外护套绝缘。该方案的前提来自于试验数据的分析结果，从上述的电缆护层绝缘试验值来说，可以判断出这两点：一是外护层绝缘的损坏位置只有目前发现的一处；二是电缆的主绝缘情况基本良好。修复方案分为五个步骤：

4.1 切除损坏的外护层绝缘

切除过程要注意不能用力过大，导致伤害内部波纹铝护套表层，并注意外护层绝缘的切口位置要整齐、干净，便于后续绝缘修复工艺。

4.2 清洁干净波纹铝护套

采取无损铝护套的方式清洁表层，不能采用金属工具剐蹭铝护套表层，以免加重损伤情况。清洁后对整个出来的铝护套表层进行全面的检查，发现有凹坑，深度很浅的情况下可以采取细砂纸、锉刀组合轻轻打磨后，将凹坑被打磨平，只要检查铝护套没有贯穿性损失都可以直接修复外绝缘。且一般220kV等级的电缆波纹护套厚度达5mm，轻微凹坑不会影响到内部的主绝缘。一旦铝护套有贯穿性损伤，则必须采取截断-增加电缆中间接头的修复方式。清洁后还要采取绝缘电阻试验方式，确保切割损伤外护套后的外护套绝缘情况良好。

4.3 在铝护套外采用绝缘带材缠绕

绝缘带材的型号、绝缘等级必须征得生产厂家同意，整齐、细致地缠绕数层后，再用放水带材缠绕数层，最后加热拉链式热缩绝缘护套。特别需要注意的是，要做好外护套绝缘两端接口处的防水工作，可以采取在电缆接近热缩套两端的位置设置两层防水带，类似堤坝将电缆运行中的潮气、雨水挡在外部，最后再用热缩绝缘护套热缩保护。

4.4 修复完成后进行绝缘电阻试验

通过后对外护套绝缘采取绝缘耐压试验，试验电压参考制造厂家意见进行。

4.5 试验合格后电缆空载运行观察情况

试验合格后将电缆空载运行24小时观察情况，包括检查空载期间的发热量、表皮、泄露电流值等，均无异常后可以带负荷正常运行。

某公司此次电缆外护套绝缘修复后对三相电缆护套外绝缘进行试验，直流耐压试验电压按照制造厂要求采取2500V电压试验，试验数据见表3：

试验后#2主变受电，220kV电缆开始空载运行。空载期间，对220kV电缆特别是修复位置进行红外成像测温观察，测温未发现异常，并针对#2机组220kV电缆护套泄露电流进行测量，3相电缆外护层的泄露电流值均在3.5A左右，小于电缆当前空载电流值的10%。空载24小时期间一切正常，温度、护套接地电流没有变化。

空载后电缆开始带负荷电流运行。再次测量电缆护套泄露电流值，3相电缆外护层的泄露电流值均在3.6A左右，小于电缆当前负荷电流值的10%。

220kV电缆护套外绝缘修复工作基本完成，修复后电缆运行总体情况良好。

5 防范措施

通过对#2机组绝缘损坏电缆原因的深入分析，针对潜在的风险必须要采取的技术防范措施如下：（1）由于电缆沟的直角转弯点太多，电缆在电动力影响下极易与电缆支架的边缘发生挤压，长期运行下受力挤压位置就会再次发生#2机组220kV电缆此次发生的外绝缘损坏事件，因此有必要尽可能将电缆与支架之间用厚胶垫隔开并定期检查，防止胶垫脱落电缆挤压支架；（2）电缆支架为铁质角铁支架，铁质表面虽然进行了热镀锌处理，但是长期运行还是会锈蚀、损坏。要做好防电缆支架倾倒的事情发生，及早进行电缆支架的加固、更换工作；（3）日常维护中对电缆主绝缘及护套绝缘进行的绝缘电阻试验要低电压、短时，因为绝缘电阻测量试验、直流耐压试验属于直流电源，电荷会积累在固体绝缘内而无法通过接地放电完全泄入大地中，造成电荷积累，积累的电荷会加速绝缘老化等产生一系列对电缆的不利影响。

6 结语

220kV等级的高压电缆目前逐步成为电力系统的常见主设备，但是就220kV电缆运行维护的技术、经验偏少，这与电缆的大范围使用时间较短有关，通过总结出现的电缆缺陷及处理经验，能够对后期的220kV电缆选型、安装、运行检测、缺陷处理提供良好的指导意见。

作者简介：唐嘉宏，男，湖南郴州人，广东惠州天然气发电有限公司电气工程师，研究方向：发电企业电气设备维护。