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上傳時間：2014-03-28
一、 35kV電纜事故原因分析
1. 事故現象
2. 前兩次電纜頭事故情況
豐源熱電廠1、2#機投運一年左右，曾發(fā)生過35kV開關柜內1#主變35kV電纜頭燒毀的事故。事隔一年多以后，又再次發(fā)生35kV開關柜內電纜頭燒毀的事故。
3. 豐源熱電廠35kV開關柜事故的原因分析
① 聚乙烯交聯電纜等固體絕緣設備在內部過電壓下老化加快，壽命縮短。
弧光接地過電壓、鐵磁諧振過電壓、真空斷路器開斷過電壓等內部過電壓幅值不高，一般只有額定相電壓的3～4倍，對完好的設備絕緣不會直接導致擊穿事故，但會造成局部放電。對于固體絕緣，會在局部放電處形成永久性的損傷。在內部過電壓的持續(xù)作用下，固體絕緣的聚乙烯交聯電纜由于積累性損傷而加速老化，很快形成絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，最后導致絕緣事故。
而對于充油電纜或架空線路等可恢復性的絕緣，3～4倍的過電壓不會直接造成絕緣的擊穿，過電壓消失后，絕緣又能恢復到原來的水平。所以，在上個世紀八十年代以前，我國主要由充油電纜和架空線路構成的3～35kV中壓電網，只以限制幅值較高的雷電過電壓作為過電壓的防護重點，所采用的過電壓保護器就是傳統的放電電壓超過4倍相電壓的避雷器，而對內部過電壓一般不采取特殊的限制措施。
正因為3～4倍的內部過電壓沒有得到有效的限制，聚乙烯交聯電纜的運行壽命遠遠達不到廠家承諾的20年。大量的運行經驗表明，聚乙烯交聯電纜的運行壽命只有10年左右，相比之下遠比充油電纜低得多。
② 豐源熱電廠35kV開關柜存在先天性絕緣隱患。
豐源熱電廠35kV開關柜在投運不到4年的過程中，多次發(fā)生絕緣事故，除了固體絕緣電纜擊穿的積累效應之外，還與35kV開關柜存在的先天性絕緣隱患有關。
豐源熱電廠35kV開關柜不同相帶電導體之間的空氣距離只有220mm，遠小于我國現行規(guī)程規(guī)定300mm。在外部弧光接地過電壓的作用下，柜內電纜頭等很快形成絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，導致相間短路故障。
開關柜內雖然加裝了相間隔板，但由于電場分布的不均勻，相間隔板與帶電導體或絕緣體之間會發(fā)生局部放電。這種局部放電，造成固體絕緣的積累性損傷，很容易發(fā)展成弧光接地故障。
③對地絕緣放電是10月12日事故的起因。
反之，如果單相弧光接地首先發(fā)生在豐源熱電廠35kV開關柜內，Ⅰ熱化1線化肥廠電纜頭B相對地放電應是弧光接地過電壓對絕緣的積累性損傷造成的。那么，當Ⅰ熱化1線化肥廠電纜頭B相對地放電時，已經構成了相間短路。事實上，Ⅰ熱化1線化肥廠電纜頭B相對地放電持續(xù)了一個多小時。而相間短路時繼電保護將快速動作切除故障，顯然單相弧光接地首先發(fā)生在豐源熱電廠35kV開關柜內的假設是不能成立的。
④ 2013年10月12日事故的發(fā)展過程分析
Ⅰ熱化1線化肥廠B相電纜頭對地放電，發(fā)生單相間歇性弧光接地故障，豐源熱電廠35kV系統單相接地光字牌斷續(xù)閃動。
B相間歇性電弧接地，使A、C相產生3.1～3.5倍的弧光接地過電壓。在弧光接地過電壓的持續(xù)作用下，豐源熱電廠35kV開關柜內電纜頭等固體絕緣加速老化。
與此同時，隨著Ⅰ熱化1線化肥廠B相電纜頭故障點的發(fā)展，故障由間歇性電弧接地逐漸發(fā)展成為穩(wěn)定的電弧接地，此時豐源熱電廠35kV系統單相接地光字牌由斷續(xù)閃動穩(wěn)定下來。
在聯系Ⅰ熱化1線停電的過程中，豐源熱電廠35kV開關柜內電纜頭等固體絕緣由于積累性損傷，A相或C相形成絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，與化肥廠B相電纜頭構成兩相異地短路。
由于單相接地故障持續(xù)時間較長，化肥廠B相電纜頭導線已被燒傷，達不到熱穩(wěn)定的要求。當豐源熱電廠35kV開關柜內發(fā)生另一點擊穿時，化肥廠B相電纜頭導線因承受不了短路電流的沖擊而燒斷。
豐源熱電廠35kV開關柜內故障點流過短路電流，電弧高溫使相間絕緣嚴重破壞，同時金屬蒸汽和金屬粉末使柜內空氣絕緣嚴重降低，形成相間弧光短路，波及到35kV開關柜的4個隔位。
二、 豐源熱電廠35kV系統存在的過電壓問題
1. 弧光接地過電壓問題
弧光接地過電壓不僅豐源熱電廠35kV系統存在， 實際上，這是我國中性點非直接接地的電網中普遍存在的問題，只是在上個世紀九十年代以后隨著聚乙烯交聯電纜的大量采用，弧光接地過電壓的危害才逐漸地暴露出來：
① 除了接地電弧對故障點的導線和絕緣的直接破壞之外，非故障相3.1～3.5倍的過電壓，將會造成電氣設備固體絕緣的積累性損傷，很快形成絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，進而發(fā)展成相間短路事故。
② 弧光接地過電壓的能量由電源提供，持續(xù)時間較長，當過電壓超過避雷器所能承受的400A 2ms的能量時，就會造成避雷器的爆炸事故。
③ 弧光接地過電壓使電壓互感器飽和，容易激發(fā)鐵磁諧振，導致電壓互感器燒毀事故。
2. 鐵磁諧振過電壓問題
鐵磁諧振過電壓，是中性點非直接接地的3～35kV中壓電網經常發(fā)生的一種內部過電壓，持續(xù)時間較長的。與弧光接地過電壓一樣，會使固體絕緣設備加速老化，進而發(fā)展成絕緣事故。同時，也會導致電壓互感器燒毀事故。鐵磁諧振及其引起的過電壓，也是威脅豐源熱電廠35kV系統安全可靠性的重要隱患之一。
3. 諧波污染問題
電弧爐、可控硅等設備給電力系統帶來的諧波污染，是冶金系統存在的普遍問題。諧波與正常工作電壓的迭加，使設備絕緣承受的電壓超過設備本身的額定電壓，會使絕緣壽命縮短。諧波還可能引起諧振，導致諧振過電壓。
三、 對豐源熱電廠35kV系統的改進建議
綜上所述，過電壓、固體絕緣和35kV開關柜存在的先天性絕緣隱患，是導致豐源熱電廠多次發(fā)生35kV開關柜內絕緣事故的主要原因。提高電纜設備的絕緣和更換35kV開關柜，需要數額巨大的投資，是不現實的。對目前豐源熱電廠35kV系統存在的各種過電壓，采取有效的限制措施，才是經濟合理且可行的。為此，建議采取如下措施：
1、 限制弧光接地過電壓的措施
一直以來，人們認為消弧線圈能夠限制弧光接地過電壓。其實，消弧線圈不但不能限制弧光接地過電壓，有時反而會加大過電壓的幅值。不僅如此，消弧線圈在正常運行中會與系統對地電容串聯諧振，產生虛幻接地或串聯諧振過電壓；與系統對地電容并聯諧振，產生傳遞過電壓；導致選線靈敏度降低甚至無法選線。
中性點采用小電阻的接地方式，雖可降低弧光接地過電壓，但以犧牲供電可靠性為代價。使本不存在過電壓危險的單相金屬接地故障或不允許停電的生產設備中斷供電。這種接地方式，對于企業(yè)電網是不可取的。
HQLXH智能型消弧消諧裝置可在發(fā)生弧光接地的30ms之內快速動作，不僅使故障點的電弧立即熄滅，而且能有效地將弧光接地過電壓限制在線電壓的水平，防止絕緣的老化，避免發(fā)生避雷器爆炸和電壓互感器燒毀事故。該裝置已在冶金、煤炭、石化及供電企業(yè)得到推廣和應用。運行實踐表明，該裝置在提高供電電網和企業(yè)內部電網的供電可靠性方面收到了良好的效果。
為此，我們建議在豐源熱電廠35kV母線裝設一套HQLXH智能型消弧消諧裝置。
2、 防止鐵磁諧振的措施
發(fā)生鐵磁諧振的原因是過電壓導致電壓互感器飽和，只有從根本上破壞鐵磁諧振的條件，才能有效地防止鐵磁諧振。國內已研制出了6～10kV不飽和的電壓互感器或抗鐵磁諧振的電壓互感器，不僅有效地避免了鐵磁諧振的發(fā)生，而且還可防止因過電壓造成過激磁導致電壓互感器燒毀的事故。對于35kV系統，可在電壓互感器開口三角側加裝微機消諧裝置。
3、 治理諧波污染的設想
諧波的檢測手段已基本解決，但治理諧波的技術卻不很成熟。國外雖有一種SVC，但價格昂貴，且運行效果還有待于進一步考驗。近年來國內也有同類產品問世，一套需數百萬元，業(yè)績幾乎為零。目前比較現實的做法是，一旦絕緣降低發(fā)生單相弧光接地，可由HQLXH智能型消弧消諧裝置快速限制過電壓，并將故障點的電弧熄滅，防止故障進一步擴大。此時，可進行倒閘操作，轉移負荷后，再將故障設備退出進行處理。
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