一起辅助变压器母线电缆击穿故障原因分析和故障处理

周凌波 李念飞 孙剑 闻会波

摘要：针对某核电站辅助变压器低压侧母线电缆击穿故障，对现场检查和解体检查情况进行综合分析，低压侧母线电缆三相短路是由于电缆端接头制造工艺的缺陷，导致端部电场畸变较大，产生局部电晕放电，加速电缆老化，最后导致C相电缆端接头部主绝缘被击穿，引起三相母排端部及支撑绝缘子处短路，最后导致电流保护动作，辅助变压器退出运行，并提出了纠正行动。

關键词：共箱母线;三相短路;半导电层;应力管;介电常数;间隙放电

1故障概况

主控室出现报警902AA，主控确认2#辅助变压器已经跳闸。接现场电话2#辅助变压器轻微冒烟，主控立即派出现场干预检查，手动启动消防水泵后投运2号辅变消防。现场观察到端子排出现明火，辅变低压侧下降段有两块盖板崩开冒烟。主控通知消防车到场，后续火情没有发展，消防车没有启动喷枪。

电气人员事后检查KKO录波仪，2号辅变6.6kV侧过流保护动作，跳开2号辅变进线开关，切除短路故障。机组失去二分之一厂外安全电源。

2现场故障排查

2.1故障现象

根据2号辅变高压侧录波信号分析，故障持续时间约1.06秒。故障期间，短路电流最大值达14.45A（二次有效值），换算到6.6kV侧最大短路电流为28900A;持续短路电流约28000A。6.6kV过流保护整定定值为：10920A，延时1秒。

故障前两个周波，辅变低压侧C相出现约36A的对地电容电流，表明C相此时可能存在对地放电现象。故障发生后的第一个周波，C相电流幅值最大。故障持续期间，因三相接地弧光电阻的不同，导致三相短路电流不平衡，出现零序电流[1]。

2.2故障排查

（1）三相对地短路故障区域在母线端部三相支撑绝缘子处，短路电弧使得三相瓷瓶不同程度损毁，端部盖板对应三相母排处有电弧烧损痕迹，A相部位烧穿一个洞，该区域及四周有大量电弧熔融飞溅物，三相母排端部下角被电弧烧毁;（2）C相母排上1根电缆、A相母排上2根电缆主绝缘击穿点都在金属护套及半导体屏蔽接地处;（3）直流耐压试验后发生绝缘失效点仍然在金属护套及半导体屏蔽接地处;（4）故障击穿点都处于半导体屏蔽层切割断口处，在故障点一周都不同程度存在黄色变色情况。

2.3采取紧急抢修

根据现场故障现象及初步分析，电气持票对共箱母线中的母排进行了处理，更换损毁的三相瓷瓶及相关附件，切除故障电缆后，重新制作电缆端接头并进行各项电气试验，确认辅变及母线电缆符合运行条件后，恢复2号辅变的正常运行。

3故障原因

从故障波形分析及故障电缆主绝缘击穿的部位、特征情况看，电缆主绝缘降低导致主绝缘被击穿是此次短路故障的引发点，而故障的直接原因是电缆的绝缘强度降低导致电缆击穿而引起故障发上，造成电缆绝缘降低的因素有很多：（1）电缆的工作条件对电缆的绝缘强度的影响;（2）电缆所处的工作环境（如潮湿问题）对电缆的绝缘强度的影响;（3）电缆头制作工艺及过程对电缆的强度和绝缘性能的影响。

针对以上三个可能因素分析如下：

（1）电缆的工作条件主要是指其通流电流和工作温度，而工作温度与其通流电流大小密切相关，由于电缆的结构，其散热性较差，长时工作于过负荷状态，会产生较高的工作温度，从而会加速电缆绝缘的老化。该电缆工作负荷很小，正常情况下其工作电流不会超过规定值，故基本可以排除因工作条件对电缆的绝缘的不良影响;（2）电缆的工作环境，主要考虑水分渗入问题。据统计，水树枝劣化所导致的绝缘击穿，约占了接地故障的80%以上。本次的故障电缆处于辅变低压侧密封箱室内，且有干燥空气进行吹扫，其工作环境应属较理想状态。

从电缆故障部位检查状况看，未发现水树枝劣化情况，且剥开电缆外部护层，也未发现水痕迹，说明故障电缆密封状况良好，此次电缆击穿故障不是水树枝劣化问题导致;（3）电缆头的制作工艺及过程。电缆头制作前，为了保证电缆接头的质量，除了严格地选用材料，还必须严格遵守工艺规程和正确的剥切尺寸，在剥切过程中，除了按照正确的尺寸，还要注意切的力度，不然会在主绝缘表面留下较深的伤痕，影响主绝缘的长期安全运行[2]。

辅助变压器系统使用的电缆结构图1所示：

此次故障处理过程中，在处理电缆端部接头时发现电缆端部主绝缘表面存在一些刀痕，在制作电缆终端头切割、剥除金属护套等外皮时会留下一些切割划痕，如果控制不好，刀痕较深，且处于屏蔽层断面部位，运行中会在刀痕处产生局部电晕放电，这些部位的黄色痕迹就是电晕放电的结果，受电晕放电的长期作用，最终会在这些部位发生绝缘击穿。

加装应力锥，改善该部位场强分布，正是应力锥的安装工艺对此端部电场分布有着关键性影响。电缆终端接头的电场分布比电缆绝缘层内的分布复杂得多。电场集中在靠近金属护套边缘的部位，并具有很大的轴向分量，而安装应力管就是为了减弱在端部的电场畸变。

在解体此次事故电缆时，发现电缆头制作中的剥切尺寸基本满足要求，其覆盖长度也未超出标准要求，但是发现在断口台阶处未发现填充胶类物质，从故障部位看，击穿点旁有一个较深的伤痕而两者之间的主绝缘相对较好。

结合以上针对断口处台阶没有填充高介电常数物质的检查结果，说明电缆头制作过程中没有严格按照工艺规程来，特别是在断口处台阶与上面覆盖物质之间空隙没有填上硅脂膏。如果断口空隙中没有填充类似硅脂膏的高介电常数物质，会使电场强度明显增大，产生的局部电晕对空隙中空气连续放电，虽然没有达到击穿主绝缘的程度，但是加速了主绝缘由表及里的老化速度，通过长期的运行，时间的累积效应就表现出来，主绝缘的老化加上高压波头的冲击，最后导致主绝缘最脆弱处发生击穿，引发了此次故障。

4纠正行动

（1）立即开展紧急抢修，将故障电缆以及母排进行处理，更换电缆外护套，重新制作故障电缆电缆端接头，并通过直流、交流耐压试验验证。

（2）制定合理的检修计划，对其他机组同类型电缆进行相关电气试验，对有缺陷电缆，立即处理电缆端头，重新制作。

5结论

（1）辅助变压器低压侧母线电缆三相短路是由于电缆端接头制造工艺的缺陷，导致端部电场畸变较大，产生局部电晕放电，加速电缆老化，最后导致C相电缆端接头部主绝缘被击穿，引起三相母排端部及支撑绝缘子处短路，最后导致电流保护动作，2号辅变退出运行。其中电缆端接头制造工艺的缺陷是事故发生的根本原因。（2）考虑2号辅变低压侧发生的三相短路故障对2号辅变的影响，本次故障的短路电流在其可承受的允许范围内，另进行油样色谱、绝缘、直阻以及交流阻抗等试验，也都说明2号辅变情况良好，本次故障没有产生明显损伤;（3）制定合理的检修计划，对其他机组同类型电缆进行相关电气试验，对有缺陷电缆，立即处理电缆端头，重新制作。

参考文献

[1]熊信银.发电厂电气部分.3版.北京：中国电力出版社，2004.102.

[2]何光華.高压电缆终端电压、电流型发热缺陷的分析预控.第十九届输配电研讨会论文集，2011.12