Page 115 - 电力与能源2023年第四期

童国平，等：220 kV GIS 电缆终端多次故障原因分析及反措 421

表 1 4221 线电缆 3 次故障情况
因素 2012 年 12 月 10 日 2016 年 1 月 24 日 2022 年 11 月 30 日
时间 05∶00 07∶30 04∶47
故障时气温 6 ℃，寒潮过后第 1 天， 故障时气温−6 ℃，寒潮来临， 故障时气温 1 ℃，寒潮来临，
环境
气温下降 7 ℃ 气温下降 11 ℃ 气温下降 12 ℃
负荷电流/A 580 550 530
电缆终端炸开，击穿点位于应力锥 击穿点位于电缆应力锥包覆区域 击穿点位于电缆终端应力锥
故障位置
包覆区域附近的电缆上 往上约 10 mm 处 包覆区域往上约 15 mm 处

故障情况

短路电流/kA 36 34.2 33
第一、第二套 220 kV 电缆电流 第一、第二套 220 kV 电缆电流 第一、第二套 220 kV 电缆电流
保护动作情况
差动保护动作 差动保护动作 差动保护动作
第一、第二套差动保护动作。

故障发生时有几个相同因素：时间都是在凌
晨温度较低时间段 ；季节都在冬季（寒流来临之
［1］
后的第二天）；电缆负荷晚间都处于低负荷；击穿
点位置几乎类同。从最近一次故障来看，故障时
间恰为上海本次冬季第一波寒潮来袭后，当日气
温最大温差为 12 ℃，故障时环境温度为 1 ℃。另

外电厂发电机组晚上都在低负荷运行，电缆电流
在晚上都是较小的。
2.1 故障解体分析
为了查找电缆故障的原因，从最近一次电缆
故障部位进行解体分析，击穿点中心位于 GIS 电
缆终端应力锥包覆区域往上约 15 mm 处，应力锥 图 1 电缆故障点和放电路径
包覆区域之外的电缆段上，击穿通道经由电缆导 基于上述数据和解体情况可知，电缆系统的起
体贯穿电缆绝缘层，至半导电应力锥或电缆绝缘 始局部放电点应该在电缆主绝缘的表面，击穿点区
屏蔽并最终接地，击穿点在电缆表面留下直径约 域首先发生局部放电，放电造成主绝缘场强严重畸

12 mm 的孔洞。观察击穿孔电缆绝缘外表面可见 变和绝缘损坏，主绝缘击穿并沿对地回路半导电应
有明显的熔融现象，孔洞四周无明显爬电痕迹，电 力锥及屏蔽贯穿，最后引发电缆终端爆裂。
缆线芯有明显的烧蚀痕迹。电缆应力锥有短路电 2.3 故障仿真分析
流流过并通过屏蔽接地，如图 1 所示。 该 220 kV GIS 电缆终端为 G&W 产品，终端
2.2 故障原因分析 总体由刚性环氧树脂材料的套管、油绝缘系统、高

故障发生前线路正常运行，故障前一天晚 21∶00 温硫化硅橡胶应力锥和接地系统等组成。电缆终
前负荷为 820 A（312 MVA），21∶00 至 24∶00，负荷 端结构示意如图 2 所示。
逐步降至 550 A，24∶00 后至第二天凌晨 5∶00 故 本次 GIS 电缆终端的击穿点位于应力锥包覆
障，故障发生前负荷一直稳定在 550 A。故障发 区域上方约 15 mm 处，为了了解电缆终端内部电
生时线路上无操作动作，发生后主变及开关保护 场分布，按电缆终端结构进行有限元电场分析计
动作正常，故障时短路电流记录为 33 kA。 算，结果见图 3。