电缆头击穿导致全厂失电事故原因及防范措施

冯乐，陈飞虎，马生伟，张军峰

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

【环保与安全】

电缆头击穿导致全厂失电事故原因及防范措施

冯乐*，陈飞虎，马生伟，张军峰

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

整流；主变压器；继电保护；电力系统；备用电源

全面调查分析了一起主变35 kV电缆头击穿接地导致全厂失电事故，从日常维护管理、继电保护、应急处置等各个方面分析了供电系统存在的对继电保护装置运行及维护管理不到位、继电保护配置不完善、后备继电保护配置不合理等不足，并提出了更换个别进线电缆、整改继电保护、提高电气运行人员应急处置能力、加强日常巡检和维护工作等防范措施。

陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司PVC二分厂(以下简称“北元化工PVC二分厂”)作为集团公司110万t/a聚氯乙烯项目的包装区域，电力系统采用35 kV双电源供电方式，化热3526线路为常用电源。一路电源来自集团公司自备电厂35 kV母线，另一路电源来自附近的亚华热电厂35 kV母线，分别为北亚3532、北亚3531线路，作为备用电源。两路电源均安装了无扰动自动切换装置。当常用电源失电后，系统可以自动切换至备用电源供电。但本次事故就是在无扰动自动切换装置将电源切换后，导致了北元化工PVC二分厂全厂失电事故。

1 事故经过

1.1 事故前电气系统运行方式

北元化工PVC二分厂电气主接线图如图1所示。化热3526开关、1#主变3501开关、北亚Ⅱ3532开关处于运行状态，1#主变带10 kV的Ⅰ、Ⅱ段母线运行；北亚3531开关、2#主变3502开关、35 kV母联3500开关处于热备用状态，35 kV无扰动自动切换装置投入运行，2#主变热备用。

图1北元化工PVC二分厂电气主接线图

Fig.1DrawingofmainelectricalwiringatPVCNo.2BranchofBeiyuanChemical

1.2 事故过程

2017年5月16日5：48，北元化工PVC二分厂化热3526进线失电，35 kV的Ⅰ段母线失电，35 kV进线无扰动自动切换装置动作35 kV母联开关3500合闸，全厂负荷由化热3526线路切换至亚华热电北亚3532线路运行；电网电压波动，导致北元化工PVC二分厂部分设备跳停。5：50，电气运行值班人员检查发现：化热3526开关处于分闸状态，1#主变处于运行状态，高压侧A相电缆头处于放电状态。5：52，电气运行值班人员准备切换2#主变时，1#主变差动保护动作跳闸，同35 kV母联开关3500速断保护跳闸，导致北元化工PVC二分厂全厂失电，系统停车；又由于北元化工PVC二分厂1#主变A相电缆头绝缘击穿接地故障未及时切除，造成亚华热电35 kV系统B、C相相电压升高至线电压，导致亚华热电2#主变35 kV侧电缆头B相绝缘击穿接地，引起2#主变差动保护跳闸、2#发电机停机。

2 事故原因分析

2.1 电缆头故障原因分析

对电缆接头解体检查发现，故障点处于电缆头应力管位置，表面存在明显的烧穿孔洞。

依次除去金属铠装层、绝缘层和铜屏蔽层，可以看到A相的主绝缘完全被击穿，铜芯烧熔(该烧熔点应为故障的短路位置)。

根据故障电缆头解体检查情况，认为导致该热缩式电缆头击穿的原因主要有以下3个方面。

(1) 制作电缆头过程中应力管位置不对，应力管的作用就是疏散应力。

如果应力位置放错，断口处的应力得不到疏散，导致长期电缆头运行过程中应力管与屏蔽层接触不良，长期发热放电烧坏电缆主绝缘，最终导致了电缆铜导线与屏蔽层短路。

(2) 电缆头制作工艺粗糙。

在剥离屏蔽层、外半导电层时，未按照工艺标准的尺寸进行剥离，外半导电层和绝缘体末端未倒角，绝缘体表面有刀痕且未打磨光滑，硅脂未均匀涂抹在绝缘体表面等因素诱发电缆头绝缘击穿。

(3) 本地区昼夜温差比较大，热缩电缆附件不能和电缆的热胀冷缩同步，导致电缆和附件之间存在间隙，为事故的发生埋下了隐患。

2.2 日常运行管理情况分析

(1) 北元化工PVC二分厂在2016年3月曾经发生过1#主变35 kV进线电缆头绝缘击穿事故，但是由于重视程度不够，电缆头制作工艺不良，未能彻底解决故障隐患，并且由于北元化工PVC二分厂电气专业对1#主变35 kV进线电缆的日常巡检和维护管理不到位，未及时发现电缆头运行过程中存在的隐患。

(2) 北元化工PVC二分厂电气专业事故应急处置方案不完善，电气运行人员对事故应急处置方案也不熟悉，导致电气运行值班人员在本次事故中应急处置措施不当。当运行人员发现1#主变电缆头绝缘击穿放电时，正确的处置措施应该是第一时间切除故障点，将1#主变及时停运，并及时投入2#主变运行。而本次事故中，电气运行值班员却预想先投入2#主变带全厂负荷运行，确保全厂供电正常后，再停运1#主变，导致了1#主变电缆头单相击穿接地故障发展扩大为两相弧光短路故障，造成了事故的进一步扩大。如果此次事故再进一步扩大，就有可能烧毁1#主变压器，那就更加得不偿失了。

2.3 继电保护方面情况分析

(1) 北元化工PVC二分厂对继电保护装置运行及维护管理不到位，1#主变差动保护不满足灵敏性和可靠性要求，在出现1#主变35 kV A相电缆头绝缘击穿接地故障后，不能够快速可靠地动作，断开主变高、低压侧开关，将1#主变进行隔离，导致1#主变35 kV电源切换至备用电源北亚3532线路后，主变继续运行，电缆头击穿接地故障仍然存在，并进一步扩大；同时，造成亚华热电厂35 kV系统接地。

(2) 继电保护配置不完善，北元自备电厂化热3526线路出线开关配置了零序电流保护，而北元化工PVC二分厂1#主变35 kV进线开关未配置零序电流保护。

当1#主变35 kV进线A相电缆头击穿接地，系统存在零序电流时，1#主变35 kV进线3501开关未能跳闸，而化热3526线路开关零序电流保护首先动作跳闸，导致北元化工PVC二分厂35 kV供电3526线路电源侧失电，35 kV无扰动自动切换装置启动，将电源切换至亚华热电北亚3532备用电源供电后，1#主变带故障点继续运行。

(3) 检查发现1#主变升高后，后备继电保护配置不合理，过流I段保护未投入。所以，当1#主变35 kV进线A相电缆头击穿接地故障发展为短路故障时，1#主变升高后，后备3501开关未动作跳闸，最终导致35 kV母联开关3500速断保护动作跳闸。

3 防范措施[1]

3.1 更换个别进线电缆，确保电缆头制作工艺良好

更换1#主变35 kV 进线电缆，采购质量较好的电缆头附件，并确保电缆头制作工艺良好。

1#主变35 kV 进线电缆使用年限较长，绝缘材料可能受潮，并且连续出现两次击穿故障，其铜屏蔽层导电性能下降。因此，更换电缆后，须重新使用质量较好的电缆头附件，并在确保制作工艺良好的情况下，方可彻底解决电缆头击穿故障隐患。

3.2 整改继电保护，确保继电保护可靠动作

(1) 重新整定1#主变差动保护定值，并投入1#主变过流I段保护，确保1#主变差动保护和过流I段保护可靠动作。

(2) 给1#主变35 kV进线配置零序电流保护。

(3) 定期做继电保护试验，确保各项保护动作灵敏可靠。

3.3 提高电气运行人员应急处置能力

将35 kV无扰动自动切换装置暂时退出运行，完善全厂失电事故应急处置方案，提高电气运行人员应急处置能力。

(1) 当北元化工自备电厂化热3526电源侧失电，导致北元化工PVC二分厂全厂失电，并且1#主变及其负荷侧没有故障时，手动合上35 kV母联开关3500，将北亚3532或北亚3531备用电源投入，带1#主变运行。

(2) 当北元化工PVC二分厂35 kV的Ⅰ段母线或主变故障，导致其全厂失电后，应及时投入2#主变，带全厂负荷运行。严禁合35 kV母联开关3500，将备用电源再次投入到故障点运行。

3.4 加强日常巡检和维护工作

加强对电缆头的运行和维护管理。

(1)利用红外成像检测仪定期测量电缆头运行温度，并与同期数据进行比对，发现温度变化时，及时跟踪处理。

(2)运行人员在巡视过程中应该重点检查电缆头各相间及相对地是否发现电晕及是否听到放电声。发现隐患，应及时处理，提高电缆头安全运行检测水平，以防同类事故再次发生。

4 结语

目前我国110 kV及以上的系统中性点采取直接接地；而35 kV及以下的系统为了保障供电的可靠性，中性点经常采取不接地方式。当电缆线路发生击穿接地时，不构成短路回路，接地相电流较小，利用继电保护很难实现自动切除这类故障，经常会因为电缆接地故障继而引发电缆着火事故。其实，在电缆使用较多、系统容性电流大的35 kV电力系统中，可以采取中性点经电阻接地方式，并给电缆线路配置零序电流保护，以检测和预防电缆击穿接地故障。这将大大提高电缆线路的运行水平。

[1] 丁丁，瞿卫东，陆忠心，等.一起35 kV变电站中性点空气击穿事故分析与防范措施[J].陕西电力,2014,42(7)：80-82.

Causesofentirefactorypowerfailurecausedbycableheadbreakdownandpreventivemeasures

FENGYue,CHENFeihu,MAShengwei,ZHANGJunfeng

(Shaanxi Beiyuan Chemical Industry Group Co., Ltd., Yulin 719319, China)

rectifier; main transformer; relay protection; power system; standby power supply

A 35-kV cable head of main transformer broke down and grounded, leading to an accident of entire factory power failure. The accident was investigated and analyzed thoroughly. The power supply system was analyzed from the aspects of routine maintenance management, relay protection, emergency disposal, etc., and was found to have such shortcomings as inadequate running and maintenance of relay protection device, imperfect configuration of relay protection, and unreasonable configuration of backup relay protection. Preventive measures were proposed, including replacement of individual incoming cables, upgrade of relay protection, improvement in electrical operators’ emergency response ability, reinforcement of routine inspection and maintenance.

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冯乐(1985—)，男，电气工程师，2009年毕业于榆林学院电气工程及其自动化专业，现任陕西北元化工集团有限公司生产技术部电气管理专员，负责热电、化工、水泥、电石等4个分、子公司电力系统的运行、维护、改造等监管工作。

2017-08-18

X781.2

B

1008-133X(2017)09-0035-03

[编辑：费红丽]