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技术经验分享:海洋采油平台的照明变压器电缆
发布时间:2019-05-18 19:12 查看次数:

  通过对CB30B平台照明变压器高压侧电缆故障分析,阐述了由于绝缘子爬电距离减小造成气隙沿面放电最终引发相间短路故障的事故全过程,并就施工、运行、设计各方面提出合理建议。

  CB30B井组平台隶属于海洋采油厂CB30井区,该平台电源采用10kV海底电缆自CB30A中心平台35kV变电所引来。2008年7月2日晚,CB30A中心平台值班人员发现CB30B平台照明系统失电,相关维护人员及设计人员随后赶赴CB30B平台查看情况,发现CB30B平台照明变压器10kV进线侧发生电缆击穿故障,故障导致10kV照明变压器配出柜跳闸,致使该平台照明系统失电。

  该照明变为10/0.23kV干式变,容量50kVA,高压侧进线kV母线。由于该此事故直接关系到海洋采油厂的正常安全生产,因此分析出故障原因对于今后杜绝此类事故的发生具有重要意义。

  (1)该变压器高压侧电缆进线采用侧进线的方式,现场接线比较零乱,其中A相和B相导线均搭接在C相磁绝缘支柱上通过,故障点发生在C相的磁绝缘支柱上,A相和B相的磁绝缘支柱完好,另变压器低压侧出线完好,未发现故障情况;

  就灼烧破坏程度来说,C相缆芯破坏最为严重,其自电缆头之后的缆芯外皮已基本全部烧毁碳化,现场散落着大量缆芯绝缘外皮燃烧碳化后的炭渣。B相和A相的缆芯外皮虽未被完全破坏,但靠近电缆头根部的缆芯外皮存在明显电击穿的痕迹,而尤以B相为重;

  发生跳闸事故时开关柜保护模块纪录的数据为:故障时3相电压值为6.3kV,10.4kV,4.6kV,三相电流值为6.05A,1.805kA,1.805kA。另变压器厂家对该变压器进行了重新测试,发现该变压器内部接线情况完好,可以继续使用。

  通过上述故障现状的描述,找出变压器高压侧电缆击穿放电的原因是解决问题的关键之所在。结合先前相关的事故处理经验和本次故障现场情况,可能导致事故发生的原因不外乎以下两点:

  经过初步分析排除了铁磁谐振的因素,原因如下:虽然目前海上平台采用的中性点不接地的IT系统易发生铁磁谐振,包括陆上变电所和部分海上平台经常出现因铁磁谐振引发的电压互感器烧毁、熔丝熔断、避雷器爆炸等故障。

  但经过对铁磁谐振原理进行的进一步分析研究,发现本起事故中不存在发生铁磁谐振现象的必要条件,因为本次我们所研究的事故发生点是在照明变压器的高压侧,由于照明变绕组接线方式为Y/Y型,其一次侧是不接地的(经常发生铁磁谐振故障的电压互感器的高压侧在接成Y0时是接地的),这样即便系统发生接地故障,在变压器一次侧绕组电感和电缆对地电容之间无法形成并联谐振通路,也就无从发生谐振现象。

  既然排除了铁磁谐振的原因,那么我们就应该抓住施工不规范造成C相绝缘子爬电距离过小这一点对故障原因进行进一步的分析。通过对故障现场的仔细观察研究,结合实拍照片的分析对比,应该从以下几个故障现象入手找出事故的原因。

  (1)发生跳闸事故时开关柜保护模块纪录的数据为:故障时3相电压值为6.3kV,10.4kV,4.6kV,三相电流值为6.05A,1.805kA,1.805kA。根据上述数据可知,事故时A相电压和电流值正常,而B、C相电压发生偏移且这两相电流急剧增大(数值相同),故分析故障时保护跳闸的原因是由于发生了B、C相发生相间短路故障。

  (2)从现场观察的B相电缆的击穿破坏程度和B相导线与C相金属接线端之间存在的明显气隙沿面放电的痕迹证实了确实是由于B相电缆绝缘击穿从而造成了B、C相相间短路故障。

  (3)故障点发生在C相支持绝缘子而不是在A相或B相,这应该是有原因。由于高压进线电缆对于变压器身来说是采用侧进线的方式,为了施工方便,A相和B相导线均直接搭接在C相支持绝缘子上通过(A相靠里,B相靠外),

  如图2所示。这样就造成了B相导线与C相带电接线端子之间的距离极为狭小,从而大大降低了C相支持绝缘子的爬电距离,长此以往极有可能形成B、C相间的气隙沿面放电从而使B相电缆外绝缘击穿引发B、C相相间短路故障。

  以上述现象为本,结合相关规范和“电气绝缘与过电压”方面的理论知识,现对该起电缆绝缘击穿事故的发生机理及过程做如下分析:

  造成本次事故发生的根本原因是由于B相缆芯和C相导体之间距离过近,也就是C相支持绝缘子的爬电距离减小了,再加上绝缘子长期处于潮湿且含盐雾的大气环境中,在绝缘表面易受潮形成一层导电液膜,通过现场触摸完好相A、B相绝缘子表面证实了这层导电液膜的存在。

  上述原因导致了C相绝缘子表面泄露电流增大,同时沿面闪络电压大大降低,甚至可能在工作电压下发生闪络,也即污闪。在此我们引入爬电比距这一概念,爬电比距,其定义为绝缘子串总的爬电距离与作用在绝缘子串上的最高电压之比(cm/kV),保证一定的爬电比距是防止污闪的最根本的条件。

  由图2可见,原C相支持绝缘子爬电距离为L1,正常运行时绝缘子承受的电压为相电压(6kV),而由于B相导线在C相支持绝缘子上的搭接,导致了C相绝缘子的爬电距离降低到了L2,据现场观测L2只有2cm左右。根据国际电工委员会(IEC)在IEC815绝缘子在污秽条件下的选用导则和国标GB5582高压电力设备外绝缘污秽等级,确定平台电气设备的污秽水平为III类,从而也就确定了电气绝缘的最小公称爬电比距为25mm/kV,则对于6kV相电压等级的绝缘子爬电距离来说其值应为15cm。

  而上述B相导线和C相导体之间的爬电距离远远小于规范的允许值,故在这种工况下极易引起沿面闪络从而引发电气事故。知道了事故的内因我们不难分析出这起故障发生的全过程,具体如下:

  B相绝缘层始终处于B、C相线电压所形成的电场环境之中,由于B相导线和C相裸导体之间的距离较近,电场强度值也比较大,B相绝缘层在这种较大的场强作用下易发生电老化,随着老化程度的加剧,电缆绝缘强度会严重下降最终导致绝缘裂化,严重时甚至可使绝缘在工作电压下发生击穿或沿面闪络。

  C相接线端子处接触电阻最大,发热最甚,这部分表面空气中的电场强度很高,由于C相导体与B相绝缘层之间距离较小,再加上绝缘子上导电液膜的影响,使得绝缘子的泄漏电阻变小,泄漏电流增大,自C相导体处形成局部电弧,随着局部电弧的进一步伸展,最终形成了C相导体与B相绝缘层之间绝缘子表面的沿面放电。

  上述沿面放电现象以电弧的形式存在,由于电弧温度极高,再加上B相绝缘在电场作用下已经老化,最终导致了绝缘击穿,使B、C相导体间形成连续电弧,电弧持续时间很长,烧毁了击穿处B相电缆的外绝缘并引发了B、C相相间短路故障使得10kV高压出线柜跳闸。

  在整个事故期间,由于场强及电弧作用,C相接线端子处的导体温度持续升高且始终保持高温,最终达到电缆外绝缘层的燃点使得C相电缆绝缘层燃烧,最终将整个电缆头外露部分的C相外绝缘全部烧毁,这从现场残留的大量燃烧后的炭渣痕迹可以得到证实。至此整个事故过程结束。

  综上所述,整个事故过程是由于C相绝缘子爬距减小造成沿面闪络进而引发B相电缆绝缘击穿从而引起B、C相间短路故障。由此可见规范施工的重要意义,在施工过程中不应该只为一时的施工之便忽视电气设备之间的安全净距从而为将来事故的发生埋下隐患,必须严格保证绝缘子的爬电距离。

  海洋采油厂也应该限期对其它平台类似的施工现象进行整改,防患于未然。另外对于变压器制造厂家来说要充分考虑到施工的方便,使现场电缆进线便于施工,例如可以将电缆进线方向由侧进线改为上进线等等。

  最后对于设计人员分析事故原因来说,先前所掌握的事故情况及经验固然重要,但更重要的还是应该以事实为依据,重视现场情况的调研,对故障线索具有敏锐的捕捉力,并结合好相关的规范内容和理论知识,让任何一条结论都有据可依,从而顺利地解决问题。

  (摘编自《电气技术》,原文标题为“CB30B平台照明变压器高压侧电缆故障分析”,作者为于林。)返回搜狐,查看更多



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