关键词：10kv环网柜;电缆终端故障;对策
1.引言
环网柜（Ring Main Unit）是一种装在封闭的金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关（或断路器）和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、由于其具有全封闭结构，良好的互换性，容易安装，操作性能和防误操作功能完善、合理、检修维护方便等特点，已广泛应用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。
随着城市的飞速发展，全封闭式环网柜用量的也在不断提高，也出现了许多制造厂家。但是由于制造厂家良莠不齐和市场监管不力等因素，环网柜在运行和使用过程中暴露出越来越多的问题和隐患，这些问题种类繁多，有的是柜子的结构设计不合理造成的气箱内故障，有的是气箱漏气造成绝缘能力降低而引起气箱内故障，有的是肘型头存在设计和制造缺陷造成的电缆仓故障，有的是绝缘件存在制造缺陷造成的气箱内故障或电缆仓故障，有的是并柜和装配不规范造成的柜间连接处的故障，但出现问题最多、故障率最高、造成恶性事故最严重的还是电缆仓故障。
2.事故案例
以中国南方地区为例，近些年经济发展迅速，用电范围广且用电量增大，使用全封闭的气体环网柜数量逐渐增多。
近年来，在此地方供电局发生多次电缆仓的肘型头和套管的击穿事故，造成环网柜爆炸、引起停电、停产，给企业的生产和人民的生活带来很大的恶性影响。如2018年，某地区D供电局10KV户外开关柜站发生电缆室击穿烧毁事故，01A间隔被严重烧蚀，A相穿柜套管发生炸裂且A相肘型头严重烧蚀，如图1至图3所示。
经调查分析是一方面是电缆头内径尺寸与环氧套管外尺寸不匹配，装配后两者之间存在气隙，导致电场畸变形成局部放电，进而造成烧蚀炸裂的情况；另一方面是此设备使用的硅脂油性不足，在长时间带电运行后凝结硬化，造成套管和肘型头之间产生气隙。这些间隙极易产生局部放电、进而加速绝缘老化，特别是间隙中存在凝露和污秽时会严重影响配合面的电场分布、引起对地或相间短路，严重者还会引起开关柜爆炸等恶性事故的发生。
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紧接着上述地区D供电局管辖内的开关柜出现异响，经停电现场试验后发现局放超标。后来现场勘察后发现，A相电缆靠近柜壁已经被烧蚀成黑色，拔下肘型头后，肘型头内硅脂凝结成固体状，穿柜套管外侧和肘型头内侧均有明显可见的沿面放电痕迹，放电初始发生点套管根部（图4、图5）。此外，现场检查还发现有电缆井内潮湿有积水，电缆头上硅脂凝结成块状。
经过调查分析原因与某地区D供电局10KV户外开关站发生电缆室击穿烧毁事故相似，都是由于硅脂油性不足，硅脂凝固后产生气隙进而导致局部放电和套管与肘型头的安装不到位造成的。
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2019年某地区B的1号环网柜010断路器间隔B相电缆头、电缆头附件、穿墙套管、互感器发生烧毁、烧损情况，如图6所示。
事故分析直接原因是断路器间隔B相电缆头绝缘层放电击穿故障，致使电缆头附件燃烧，造成环网柜受损，并引起SF6气箱损坏，气体泄漏。间接原因：1）是环网柜处于低地势地区，柜内潮气大、柜体锈蚀严重导致电缆附近老化严重绝缘性能降低；2）是电缆头的制作工艺不规范。在对损坏的电缆头拆开修复时，发现电缆头的制作尺寸不符合规范、装配工艺不到位等问题，从而造成爬电距离不够或设备对地缓慢局部放电，造成设备绝缘老化，最后造成设备绝缘击穿直至故障。尤其是在故障后的检查中发现故障的电缆头上的铜线鼻子上产生了严重的“铜绿”现象，这说明在制作和安装电缆头时，应力锥和肘型头的前插安装不到位且密封硅脂膏不够造成应力锥和肘型头的前插形成一个小气隙，随电缆设备在运行的过程中热胀冷缩现象，致使柜内潮气侵入气隙，从而与发热铜线鼻子产生电化学反应产生“铜绿”现象；同时也由于潮气的侵入使电缆头绝缘局部下降，从而产生设备局部放电现象，也致使绝缘加速老化，这也是本次故障的主要原因之一。
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图6 断路器间隔B相电缆头处的烧蚀示意图
3.原因分析概括
对于10KV电缆终端发生烧蚀或形变等故障的主要原因概括起来大致有以下几类：
1)可能由于地区原因，如两广地区境内多山区，昼夜温差大，很容易在开关柜内形成凝露，露时水分侵入配合界面。
2)肘型头与复合套管的生产没有统一的标准，不是同一厂家生产，型号尺寸不匹配。
3)厂家生产工艺有缺陷或者屏蔽设计、材料选用不合理、质量控制不规范。
4)肘型头和复合套管在安装时存在配合间隙或因肘型头受外力造成存在配合间隙，导致局部放电。
5)装配用硅脂老化后造成的缺陷。
4.对策
4.1制定统一标准
目前国内还缺乏全封闭式充气柜用可分离连接器的专用标准，目前有的参考欧洲标准EN50181，而美资企业采用的是IEEE Std 386标准。国内的充气柜厂家既有效仿美式箱变又有效仿欧式箱变，因此在产品标准和规范上也没有统一。所以行业内应该通过对美国标准IEEE Std 386和欧洲标准EN50181之间的差异性进行对比研究，加快制定合乎本国国情的行业标准。
4.2 加大企业生产质量的管控
设备的好与坏不仅在于其设计优良与否更在于其生产是否严格把关、合乎标准。所以制造商对于产品的生产应该加大管控力度，如选用材料的质量要过关；生产工艺精细化、统一化；设备出厂前的检验要过关等等。
4.3 产品优化设计
目前，国内外对10kV的研究，大都集中在绝缘结构设计、应力锥的结构优化和典型缺陷的特性和实验研究。如宫瑞磊提出“采用非线性半导电材料的结构来改善肘型头的电场分布代表最近肘型头发展的趋势”；马自伟等提出“通过调整应力锥的结构尺寸能明显改善肘型头内部的电场分布等；张龙等提出“多种肘型头缺陷模型（应力锥缺陷、内部气隙缺陷、金属微粒缺陷和针尖缺陷）的放电特性，可作为电缆及附件中局部放电特性的识别方法”。周凯等提出“纵向刀痕和环切刀痕的局部放电信号在时域、频域特征上存在明显差异，这些特征可为刀痕缺陷的诊断与识别提供依据；纵向刀痕放电特征与内部放电特征相吻合，而环切刀痕放电对绝缘材料的烧蚀作用更强等。
这些研究仅仅涉及肘型头本身的结构及其存在的个别缺陷，几乎没有涉及到“硅脂对肘型头材料的溶胀效应的研究”，更没有关于肘型头外屏蔽层设计和安装不规范对产品内部电场分布的影响的研究以及肘型头和套管配合后的电寿命研究。
因此，在环网柜电缆仓故障数量和故障率不断升高的今天，应该加强对肘型头与环网柜套管的安装配合、硅脂与橡胶材料的溶胀性、肘型头与套管的屏蔽配及其电寿命等进行系统性研究。
4.4 加强施工管控
施工人员在安装时必须严格遵守操作流程，保证在设备安装时配合完好没有间隙；监督人员在安装过程中必须对安装过程严格监管尤其是对电缆安装敷设和电缆中间接头、终端头制等关键节点，必须严格执行相关施工验收规范要求，确实做好过程监督检查及验收工作，杜绝设备带缺陷投运。
4.5 加强设备监测
电力公司应该尽快配置环网柜及电缆的相关监测设备，比如局放测试仪、超声波检测设备、气体检漏仪等设备，以提早发现故障问题，把事故扼杀在萌芽状态。
5.结论
根据近些年来电缆终端故障数据的统计，统计结果显示故障事故发生的主要原因主要以下几种：生产制造的标准不统一、设备本身结构设计不完善、现场施工不到位等。本文从中国南方地区事故分析来看，因电缆终端导致停电的事故将会越来越突出，是不容忽视的电网运行安全问题，是电网建设中的薄弱环节，必须要引起足够的重视。因此只有从根本上解决，才能杜绝此类事故的发生，减少财产损失，实现电力安全、可靠运行。
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论文作者:王留萍
论文发表刊物:《中国电业》2019年 22期
论文发表时间:2020/4/15
标签：电缆论文; 故障论文; 终端论文; 套管论文; 缺陷论文; 环网柜论文; 事故论文; 《中国电业》2019年 22期论文;