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电缆终端异常放电原因分析
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【医学论文集】【摘要】抽水蓄能电站由于其机组运行的特殊性，机组抽水时需要用到静止变频器（SFC）。静止变频器（SFC）是利用电力半导体器件（可控硅）的通断作用将工频变换为另一频率的电能控制装置。机组在抽水启动过程中利用这一特性，减小对电网的冲击。SFC主要由输入单元、变频
【摘要】抽水蓄能电站由于其机组运行的特殊性，机组抽水时需要用到静止变频器（SFC）。静止变频器（SFC）是利用电力半导体器件（可控硅）的通断作用将工频变换为另一频率的电能控制装置。机组在抽水启动过程中利用这一特性，减小对电网的冲击。SFC主要由输入单元、变频单元、输出单元、控制单元、保护单元及辅助单元几部分组成。输入单元中包括输入开关、输入变、输入限流电抗器等，这些一次设备主要靠高压电力电缆相连接，电缆终端制作的工艺水平直接影响着SFC系统的安全运行。
网
【关键词】电缆；终端；绝缘
1、概况
某电站安装有4台单机300MW的抽水蓄能机组，总装机1200MW。发电/电动机为三相、立轴、半伞式、带阻尼绕组旋转磁极、空冷、可逆式同步电机；水机部分为立轴、单级、混流可逆式水泵水轮机。机组具有发电、抽水、发电调相、抽水调相、停机五种工况，另外还设有背靠背拖动特殊工况。机组抽水或抽水调相启动时如果用工频电源直接启动，起动电流为额定电流的6～7倍甚至更大，这样将产生机械电气上的冲击。利用变频器可以平滑地启动（起动时间变长），起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，这样将大大减小直接启动对电气设备的冲击。该厂SFC系统电源取至两路分别为：1号主变低压侧、4号主变低压侧。
2、SFC系统电缆终端异常现象原因
2.1SFC系统原理：SFC变频装置产生从零到额定频率的变频电源，可将机组同步的拖动起来。由于机桥在机组启动初期机端电压太低不能自动换相，所以SFC拖动时分为低速运行阶段和高速运行阶段。为了使SFC在整个频率范围内正常工作，低速运行阶段工作频率上限高于高速运行阶段的工作频率的下限。在低速运行阶段，SFC旁路开关合于旁路侧，由于启动初期机端电压太低，SFC逆变桥不能自动换相，此时整流桥设置在全逆方式来截断直流回路的电流，当电流等于0时，计算出下一组欲触发的可控硅，同时取消整流桥的全逆变功能，恢复回路中的电流，使新的一组可控硅导通，这种工作方式又称强制换相运行，当转速升至约38r/min时，SFC旁路开关合于变压器侧。在高速运行阶段，此阶段属于同步运行方式，由于电动机电压的自然交替，桥臂的电流会自控截止，此时可控硅可以自然换相，因而这一阶段将不需要转子位置传感器的信号，PLC根据力矩设定值和频率基准值，并通过测量机桥、网桥侧电压、电流来控制机桥、网桥的触发脉冲，以调节SFC输出的起动电流，从而将机组拖动到49HZ（频率基准值）。此时同期装置启动，同期装置根据机组电压和电网电压之间的频率偏差、幅值偏差向同期调节系统发送“增加”、“降低”机组转速和“增加”、“降低”机端电压的控制命令；在同期装置和同期调节系统的相互配合和协调下，机组电压和电网电压趋于重合，此时，同期装置发出机组同期并网的指令，合机组出口开关。
2.2某日夜间3号机组抽水工况启动过程中，2号主变低压侧接地保护动作（64T），保护定值U=0.6Un=60V，故障时电压0.898 UN=89.8V，延时2.5秒后跳500kV 5011和5014开关，导致1号、2号主变失电。
2.3随后安排对2号主变低压侧18kV封闭母线、电容器、PT、电抗器等一次回路设备外观检查及绝缘测量，未发现异常，未有异味。对2号主变低压侧至2号励磁变高压侧间电气回路进行绝缘测量，未见异常。对SFC 1号输入开关、SFC 2号输入开关分别和SFC输入变之间的电气回路进行绝缘测量，发现SFC 1号输入开关到输入变间电缆的B相绝缘异常。通过对故障电缆进行交流耐压试验，发现SFC 1输入开关至输入变B相电缆终端存在放电现象。随后通过对该系统电缆头进行全面排查，发现SFC系统故障电缆头如图1：
图1
图1中所示就是引起主变低压侧接地保护动作的故障点。该点绝缘损坏严重，内部铜导线已露出。
2.4通过对SFC系统一次电缆的全面排查，又发现了另一处异常的电缆终端，如图2：
图2
上图中电缆也曾发生过放电现象，但主绝缘未被完全击穿，所以对架空电缆摇绝缘，绝缘电阻表现不明显，只有对其进行交流耐压试验才可发现此类缺陷。
2.5 两根电缆发生击伤部位与电缆线鼻处距离一致。且两根电缆头制作工艺一致。电缆铜屏蔽层、外钢铠与半导体断口齐平。如图3：
图3
3、电缆终端异常现象分析
3.1由于SFC系统动力电缆均为单芯电缆，运行过程中电缆屏蔽层会出现感应电压。若存在接地不良，会出现电缆发热现象甚至出现放电现象。
3.2高压电缆每一相线芯外均有一接地的铜屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。也就是说正常电缆的电场只有从铜导线沿半径向铜屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场电力线，电场分布是均匀的。如图4：
3.3在做电缆头时剥去了屏蔽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沿导线轴向的电力线。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。电场分布如下图5：
图5
由于原制作电缆终端人员未按照规范要求进行工作，剥离半导体层及铜屏蔽层后处理不当，存在较多的尖端，长期运行发生尖端放电现象。且外半导体屏蔽层与铜屏蔽层断口齐平，剥除屏蔽层一是保证爬电距离，二是增强绝缘表面抗爬电能力。电缆主绝缘表面产生爬电后，外半导体屏蔽层起不到相关作用，直接通过铜屏蔽层接地发生击穿。
3.4随后对厂内SFC系统其它电缆进行了排查，发现发现SFC系统电缆头存在家族性制做安装缺陷。具体表现如下：
3.4.1电缆热宿管由于过热收缩导致钢铠已露出，内部密封胶已挤出，如图6：
图6
3.4.2正常为保证不发生爬电引起电缆终端发热或击穿，18kV电压等级电缆线鼻与半导体断口保证400mm距离。电缆该距离满足要求，但电缆铜屏蔽层、外钢铠与半导体断口齐平，存在严重制作工艺问题。如图7：
图7
4、冷缩电缆终端制做流程和注意点
4.1剥外护套、锯钢铠、剥内护套：关键点：防止划伤铜屏蔽、安装钢铠接地线、缠填充胶、固定铜屏蔽接地线、套装冷缩护套管、剥铜屏蔽层、剥外半导电层、安装接线端子、清洁主绝缘层表面、安装冷缩电缆终端管、密封端口。
4.2“塑料绝缘电缆在制作终端头和接头时，应彻底清除半导电屏蔽层。”如果不剥除半导电屏蔽层或清除不干净，一方面由于爬电距离不够容易在接线端子处发生沿面闪络；另一方面也容易产生气隙而引发局部放电。
5、结束语
电力系统电缆终端在一个发电厂里应用极为广泛，通过本次故障分析可以给该电站的电缆制作提出指导性意见，为该电站机组安全稳定运行提供了借鉴。
参考文献
[1]国家标准GB50168-92《电缆线路施工及验收规范》
作者简介
李伟（1985-），男，山西省忻州市，高级运维专责，工程师，本科，主要研究方向：抽水蓄能电站电气一次运维检修。
高敏（1986-），女，山西省忻州市，运维专责，助理工程师，本科，主要研究方向：抽水蓄能电站电气控制运维检修。
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