110 kV電纜接頭故障分析及試驗研究

段建家，陳細玉，韋文榜，劉景林，鄧凱

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；

2.國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司，湖南永州425000)

110 kV電纜接頭故障分析及試驗研究

段建家1，陳細玉2，韋文榜2，劉景林2，鄧凱2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；

2.國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司，湖南永州425000)

針對一例110 kV電纜接頭新投運時發(fā)生故障，對其進行故障調(diào)查和模擬試驗研究，其中外半導電層破損試驗成功模擬故障發(fā)生過程，發(fā)現(xiàn)電纜接頭故障原因為接頭現(xiàn)場安裝時工藝控制不良，外半導電屏蔽層破損導致破損處場強畸變而擊穿，建議電纜接頭現(xiàn)場制作時加強關鍵隱蔽工藝監(jiān)督。

模注熔接頭；故障；模擬試驗；研究；工藝；監(jiān)督

據(jù)不完全統(tǒng)計，電纜系統(tǒng)的故障發(fā)生的原因，除了電纜機械損傷占第一位外，電纜預制型附件故障占第2位〔1〕。高壓交聯(lián)聚乙烯電纜模注熔接頭是一種恢復電纜本體連接的高新工藝技術，作為一種全新的、安全可靠性高的電纜附件，已逐步得到推廣應用，其所用絕緣料和半導電料，與生產(chǎn)電纜的絕緣料和半導電料材質(zhì)完全相同，在現(xiàn)場利用自制的特殊模具工裝和專用的擠出機，將專用的電纜絕緣料和半導電料一次模注交聯(lián)成型，將電纜斷開處完全恢復原電纜本體結(jié)構(gòu)，無應力錐，無層壓間隙的活動界面或極易產(chǎn)生的沿面放電等隱患；無附件與電纜之間因物件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同而發(fā)生的配接方式；避免電纜回縮導致的問題，接頭處的電纜導體、內(nèi)半導電層、主絕緣和外半導電層、完全按照電纜的原始結(jié)構(gòu)恢復本體，使電纜接頭處成為完整的電纜而無接頭的概念。本文針對一起110 kV電纜接頭新投運時發(fā)生故障，對其進行故障調(diào)查和模擬試驗研究。

1 事故簡述

2015年7月9日，某110 kV電纜線路送電試運行4 h左右，其C相電纜中間接頭發(fā)生擊穿接地故障，故障電流5 000 A。故障中間接頭為現(xiàn)場新制作的熔接絕緣接頭，故障電纜接線如圖1。

圖1 故障電纜接線圖

2 故障調(diào)查

2.1 故障電纜銘牌

故障電纜本體型號YJW02－1×500，長度約680 m，2015年7月投運，電纜中間接頭，型號為CDYJJM2－1×500 mm2，系某知名電纜附件廠家2015年7月產(chǎn)品。

2.2 故障檢查情況

C相中間接頭與電纜本體銜接處炸開，外護套和金屬護套脫落，銅屏蔽網(wǎng)燒毀，如圖2。

圖2 中間接頭故障情況

解體故障相電纜中間接頭，在解體前用5 000 V絕緣電阻測試儀檢測故障中間接頭主絕緣的絕緣電阻，測得故障中間接頭絕緣電阻為10 MΩ左右。解體后，可以看出中間接頭一側(cè)銅屏蔽網(wǎng)已燒毀，另一側(cè)則保留較好，擊穿點位于電纜本體與中間接頭銜接處靠銅屏蔽網(wǎng)燒毀側(cè)，直徑約Φ30 mm，如圖3－4。擊穿處主絕緣厚度16.64 mm與正常電纜主絕緣厚度16.98 mm，無明顯差別。

圖3 中間接頭主絕緣整體情況

圖4 中間接頭主絕緣擊穿點

2.3 中間接頭故障分析

從解體情況看出，擊穿部位于電纜主絕緣與熔融覆蓋絕緣分界面，屬于絕緣接頭內(nèi)部。擊穿處主絕緣厚度與正常電纜主絕緣厚度一致，可排除主絕緣厚度不足而造成中間接頭擊穿可能。

圖5為中間接頭結(jié)構(gòu)，圖6為中間接頭故障處解剖情況。根據(jù)中間接頭結(jié)構(gòu)和解體情況分析，銅屏蔽網(wǎng)和半導體層銜接處發(fā)生擊穿，由于其他部分主絕緣未見擊穿現(xiàn)象，可以排除主絕緣材質(zhì)問題導致故障，極有可能是外半導電屏蔽層處場強畸變集中導致?lián)舸?/p>

圖5 中間接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 故障中間接頭解剖

外半導電屏蔽層場強畸變集中的原因:

1)模注溶接中間接頭是絕緣接頭，其兩側(cè)經(jīng)護層保護器接地，如圖7所示，由于導體通過工頻電流時，其產(chǎn)生的交變磁場與外護套交鏈，在外護套上產(chǎn)生感應電壓，該感應電壓與電纜長度成正比，由于中間接頭兩側(cè)電纜長度不同，在圖中A，B兩處會產(chǎn)生不同的感應電壓，造成中間接頭銅屏蔽網(wǎng)和半導體屏蔽層存在電位差，當電位差足夠大時，電場集中，兩者可能產(chǎn)生放電，4 h左右試運行后造成銅屏蔽網(wǎng)局部逐漸燒蝕，燒蝕后銜接處主絕緣內(nèi)電場將發(fā)生畸變，從而造成主絕緣擊穿。

2)中間接頭內(nèi)電纜本體和中間接頭銜接處的銅屏蔽網(wǎng)因渦流過熱，溫度升高使屏蔽層失去屏蔽作用，導致銜接處場強突變，發(fā)生擊穿。

圖7 電纜外護套示意圖

3)絕緣接頭現(xiàn)場制作時，不排除工藝控制不良，絕緣分界面處在恢復絕緣時存在問題，如屏蔽層有破壞、內(nèi)部存在氣隙等。

3 故障過程模擬試驗

為了進一步調(diào)查清楚模注熔接頭外半導電屏蔽層處場強畸變集中的原因，聯(lián)合接頭生產(chǎn)廠家按照原來設計圖紙和工藝方法重新做一個模擬試驗用接頭，接頭恢復外半導電屏蔽層，如圖8。

圖8 模擬試驗用模注熔接頭

3.1 外屏蔽破損缺陷模擬

采用尖銳固體劃傷外半導電屏蔽層，破損點大小為0.5 mm，如圖9。采用銅網(wǎng)繞包恢復銅屏蔽網(wǎng)，接著用專用絕緣膠帶恢復屏蔽網(wǎng)外絕緣，如圖10。

圖10 恢復絕緣后的接頭

3.2 交流耐壓試驗

對新做的模注熔接頭進行交流耐壓試驗，試驗電壓升至1.1U0時，發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象。通過解體接頭，發(fā)現(xiàn)外屏蔽破損點處銅網(wǎng)存在放電痕跡，如圖11。

圖11 擊穿放電部位

進一步解剖擊穿放電部位，發(fā)現(xiàn)放電點與電纜導體間存在一條明顯的放電通道，放電通道位于電纜主絕緣部位半導電斷口處，如圖12。

圖12 放電通道

從模擬試驗可以看出:外屏蔽破損處絕緣擊穿放電通道，與某110 kV電纜模注熔接頭電纜絕緣擊穿結(jié)果相同。因此可以確定，某110 kV電纜模注熔接頭故障是因為現(xiàn)場制作工藝把關不嚴，在恢復外半導電層時，損傷了外半導電屏蔽層，屏蔽電場效果失效，導致此處電場發(fā)生畸變，在運行時發(fā)生局部放電，直至形成放電通道擊穿主絕緣。

4 結(jié)論

1)故障調(diào)查表明，接頭故障是由于中間接頭處外半導電屏蔽層電場畸變導致。

2)外半導電屏蔽層場強畸變集中的原因有:銅屏蔽網(wǎng)和半導體屏蔽層存在電位差、中間接頭銜接處銅屏蔽網(wǎng)因渦流過熱屏蔽失效、工藝控制不良絕緣分界面處屏蔽層有破壞或內(nèi)部存在氣隙等。

3)接頭外半導電屏蔽層破損試驗模擬了故障發(fā)生過程，發(fā)現(xiàn)電纜故障原因為模注熔接頭安裝時工藝控制不良導致外半導電屏蔽層破損導致。

4)本次中間接頭故障，暴露了電纜接頭現(xiàn)場制作時在關鍵隱蔽工藝技術監(jiān)督方面存在盲點和短板，建議電纜接頭現(xiàn)場制作時加強關鍵隱蔽工藝監(jiān)督。

〔1〕詹威鵬，陳滕彪.110 kV電纜模注型接頭的試點應用與故障分析〔J〕.科技風，2014(22):103-105.

Study on an 110 kV able connector fault analyses and experiment

DUAN Jianjia1，CHEN Xiyu1，WEI Wenbang1，LIU Jinglin1，DENG Kai2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；
2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Yongzhou Power Supply Company，Yongzhou 425000，China)

For an 110 kV cable connector fault when it put into operation，the fault investigation and simulate experiment is developed.The damage experiment of the outer semiconducting layer simulates the process of the fault successfully.It is found that the cable connector fault is caused by week controlling of the technique in the installation site，the breakdown caused by field strength distortion of the outer semiconducting layer due to its breakages.It is advised that the key subtle process stand-by supervision should be strengthened in the cable connector site.

mold casting fusion splice joint；fault；simulation experiment；study；technique；supervise

TM757

B

:1008-0198(2017)01-0063-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.016

段建家(1985)，男，碩士研究生，工程師，要從事電纜試驗技術及專業(yè)管理研究。

2016-05-17