Повреждение силовой кабельной линии

Суть проблемы

В процессе эксплуатации на газо-турбинной электростанции сработала пожарная сигнализация в помещении ГРУ-2 машзала. Визуально определено выделение едкого густого дыма из вентиляционных окон ГРУ-2. Обнаружено повреждение (пробой) в кабельной линии 10кВ от газо-турбинной установки ГТУ-5 до выключателя В-10 ГТУ 5. Также был поврежден заземляющий резистор нейтрали генератора ГТУ 5.

Поставленный на экспертизу вопрос

1) Определить причину аварии на кабельной линии ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 на участке вывода обмоток генератора ГТУ-5 – выключатель В-10: заводской брак/ некачественный монтаж/ условия эксплуатации/ некачественная электрическая энергия/ действие непреодолимой силы/ или иное?
2) Установить и указать на ответственных лиц, если такие имеются, за аварию на кабельной линии ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 на участке вывода обмоток генератора ГТУ-5 – выключатель В-10.

Назначение экспертизы

Несудебная, для внутреннего пользования в целях предотвращения последующих аварийных ситуаций.

Методы исследования

Аналитический, органолептический (на основе анализа восприятий органов чувств), фотографический, имитационное 3D-моделирование, измерения.

Процесс исследования

I. Для оценки качества кабельной продукции был осуществлен забор двух фрагментов кабеля (поврежденный и неповрежденный). Образцы были переданы в электротехническую лабораторию.

II. Визуальный осмотр неповрежденного фрагмента кабеля (длиной 1,5 м) не выявил наличия каких-либо внешних дефектов. Образец был подвергнут испытаниям в соответствии с ПУЭ п. 1.8.40. Кабель выдержал испытание повышенным напряжением выпрямленного тока 60кВ в течение 10 мин. Токи утечки не превысили 180 мкА. Сопротивление изоляции R60 до и после испытаний повышенным напряжением составило 2000 ГОм. В ходе исследований также выполнено измерение омических сопротивлений токопроводящих жил кабеля, отклонений от требований ГОСТ 22483-2012 не выявлено.

III. Фрагмент кабеля с повреждением был подвергнут вскрытию с целью обнаружения признаков заводских дефектов или иных факторов, указывающих на причину аварии.

Наружная оболочка поврежденного фрагмента кабеля

Поперечная трещина на межфазном заполнении из полимерных композиций поврежденного фрагмента кабеля

Состояние жил кабеля, их изоляции и экранирующей оболочки в месте повреждения

Результаты испытаний и измерений электрических параметров кабеля, а также визуального осмотра состояния проводников, изоляции и оболочек не дают оснований предполагать наличие заводского брака в кабельной продукции, однако полностью не исключают такую возможность.

IV. Для проверки гипотезы о некачественном монтаже проведен анализ двух фотографий, сделанных непосредственно на месте аварии.

Поврежденный участок кабеля ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 по месту его эксплуатации

Для возможности оценки соответствия радиуса прокладки кабеля ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 нормативному на основе фотографии на рисунке а) создана 3D-модель траектории прокладки кабеля. Методом подбора (изменения фокуса виртуальной камеры с шагом 1 мм до момента совпадения трехмерной сетки с линиями напольной плитки) определено фокусное расстояние камеры рендера, соответствующее фокусному расстоянию исходного средства фотосъемки, которое составило 26 мм, что позволило учесть искажение перспективы объективом. Масштабным ориентиром служит известный диаметр кабеля и длина стороны напольной плитки.

Процесс построения 3Dмодели

С помощью полученной модели на основе проекции сверху определен радиус поворота кабеля.

Горизонтальная проекция 3Dмодели поворота исследуемой кабельной линии

Радиус поворота кабеля составил 830 мм. что соответствует минимально допустимому значению. Однако, учитывая возможную погрешность модели, действительное значение радиуса поворота может несколько отличаться от измеренного, как в меньшую, так и в большую сторону.
Тем не менее обнаруженная трещина на межфазном заполнении из полимерных композиций поврежденного фрагмента кабеля, направленная к центру радиуса поворота кабельной линии, может свидетельствовать о наличии в изоляции кабеля (на внешнем радиусе его поворота) избыточного механического напряжения, вызванного изгибом кабеля, сверх допустимого предела. Такое напряжение могло возникнуть в процессе монтажа кабеля при его протяжке и изгибе для придания необходимого радиуса поворота. При этом наличие копоти на торцевых гранях основания трещины свидетельствует о том, что трещина начала развиваться именно в процессе горения, что подтверждает гипотезу о наличии внутреннего механического напряжения в кабеле. Дальнейшее увеличение трещины, вероятно, произошло во время демонтажа кабельной линии.

Копоть на торцевой грани трещины внутренней оболочки кабеля

V. В ходе проверки гипотезы о влиянии на повреждение условий эксплуатации кабеля выполнено сравнение паспортных характеристик кабеля с условиями эксплуатации. В частности выполнен анализ среднечасовых мощностей и нагрузок ГТУ-5. Выявлено наличие частых перегрузок кабельной линии, а также длительных нагрузок, близких к номинальным, что может приводить к ускоренному старению изоляции кабеля.

VI. Выполнен анализ осциллограммы аварийного режима, предшествовавшего выходу кабельной линии из строя, который показал переход однофазного замыкания на землю в межфазное и далее в трехфазное, что может свидетельствовать о неисправности выключателя В-10 или неправильной настройке релейной защиты, которая не обеспечила отключение линии при возникновении ОЗЗ.

Осциллограмма аварийного режима

Повреждение трех фаз на исследуемом фрагменте кабеля, свидетельствующее о наличии трехфазного КЗ

Результаты исследования

Заключение
1)     Признаки, указывающие на наличие заводского брака в исследуемых фрагментах кабельной продукции, не обнаружены.
2)     Минимально допустимый радиус изгиба кабельной линии в месте повреждения в совокупности вероятным перегибом кабеля в процессе монтажа (для придания необходимого радиуса) могли стать причиной избыточного механического напряжения в изоляции (на внешнем радиусе поворота). В пользу возможного наличия механического напряжения изоляции в месте изгиба свидетельствует наличие трещины на межфазном заполнении из полимерных композиций под внешней оболочкой кабеля, направленной к центру радиуса поворота кабельной линии. При этом вероятное наличие избыточного напряжения в изоляции кабеля может скорее является лишь дополнительным фактором, приведшим к повреждению.
3)     Наиболее вероятной причиной повреждения кабельной линии являются режимы нагрузки генератора. Анализ среднечасовых значений мощности ГТУ 5, уставок МТЗ и соотношения мощностей генератора и трансформатора Т-5 показывает возможность наличия длительных перегрузок кабельной линии токами до 1071 А. Для подтверждения данной гипотезы требуется дополнительный анализ профилей токовых нагрузок (осциллограмм эксплуатационных режимов работы ГТУ) за различные периоды времени.
4)     Вне зависимости от причины повреждения кабельной линии несрабатывание (или несвоевременное срабатывание) выключателя В-10 ГТУ 5 свидетельствует о возможной неисправности выключателя или неправильной настройке релейной защиты.
В целях предотвращения последующих аварий рекомендуется выполнить анализ нагрузочных режимов ГТУ 5 и Т-5, а также произвести проверку защит.

Ответы на поставленные вопросы
Вопрос №1: «Определить причину аварии на кабельной линии ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 на участке вывода обмоток генератора ГТУ-5 – выключатель В-10: заводской брак/ некачественный монтаж/ условия эксплуатации/ некачественная электрическая энергия/ действие непреодолимой силы/ или иное?».
Ответ на вопрос №1: «Наиболее вероятной причиной повреждения кабельной линии являются режимы нагрузки генератора. Анализ среднечасовых значений мощности ГТУ 5, уставок МТЗ и соотношения мощностей генератора и трансформатора Т-5 показывает возможность наличия длительных перегрузок кабельной линии токами до 1071 А, что может приводить к ускоренному старению изоляции. Согласно техническим условиям допускается продолжительность работы кабеля ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 в режиме перегрузки не более 1000 ч за весь срок службы. Таким образом, учитывая срок эксплуатации кабеля до наступления аварийного режима более 4 лет, перегрузочный лимит мог быть исчерпан при работе кабеля в режиме перегрузки не более 2,8% от общего времени его эксплуатации.
Старение изоляции кабеля могло быть ускорено наличием дефектов (избыточного механического напряжения в изоляции на внешнем радиусе поворота кабеля в месте повреждения, на что указывает поперечная трещина на одном из изоляционных слоев, направленная к центру радиуса поворота), которые, предположительно, могли образоваться в процессе монтажа линии при придании ей необходимого радиуса изгиба, который, в свою очередь, является минимально допустимым по ГОСТ Р 55025-2012.
Дополнительным аргументом в пользу наличия перегрузок в электрической системе, оказывающих негативное воздействие в том числе на генераторную установку и исследуемую кабельную линию, может являться повторное возникновение аварийного режима _____2020 г. в ГРУ-2 в ячейке выключателя В-10 ГТУ 5.
Признаки, указывающие на наличие заводского брака в исследуемых фрагментах кабельной продукции, не обнаружены».

Вопрос №2: «Установить и указать на ответственных лиц, если такие имеются, за аварию на кабельной линии ПвВнг(А)-ХЛ3х185 мк/35-10 на участке вывода обмоток генератора ГТУ-5 – выключатель В-10?».
Ответ на вопрос №2: «На основании представленных на экспертизу данных невозможно однозначно установить ответственных за аварию лиц, однако таковые могут быть определены по результатам детального анализа режимов работы ГТУ 5 и Т-5 и параметров релейной защиты».

Эксперты
Маслов А.Ю ., Незевак В.Л., Ушаков С.Ю., Эрбес В.В.

2021-01-21 13:40 Эксперт Ушаков С.Ю. Эксперт Маслов А.Ю. Эксперт Шерстобитов Ю.В. Кабели и муфты Несудебные