220 kV高壓電纜接頭擊穿故障剖析

楊生平

（廣州電力建設(shè)有限公司，廣東廣州 510730）

0 引言

220 kV某輸變電工程配套電纜出線，采用XLPE單銅芯電力電纜，型號(hào)為YJLW02-Z 127/220 1×2500 GB/Z 18890.2—2002，線路長(zhǎng)8.61 km，電纜導(dǎo)體截面2500 mm2。竣工后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓升至214.4 kV、試驗(yàn)頻率39.4 Hz，進(jìn)行至10 min時(shí)絕緣擊穿。經(jīng)升壓測(cè)聽(tīng)放電聲音確認(rèn)，7#接頭C相發(fā)生絕緣擊穿故障。后切除7#接頭C相后，新敷設(shè)一段電纜、新安裝2套接頭駁接。檢修完成后，順利通過(guò)了1.7U0交流耐壓試驗(yàn)。

1 故障接頭解剖后的檢查情況

1.1 外觀檢查

（1）對(duì)預(yù)制橡膠絕緣件外觀進(jìn)行檢查。預(yù)制橡膠絕緣件編號(hào)為NJN02062，預(yù)制件外的半導(dǎo)電連通端處被擊穿，整體外觀良好（圖1）。主體內(nèi)絕緣膠與半導(dǎo)電膠過(guò)渡良好，無(wú)起膠、毛刺、臺(tái)階等缺陷。但故障點(diǎn)位置已經(jīng)被燒損，無(wú)法判斷。

圖1 預(yù)制件外半導(dǎo)電連通端處擊穿

（2）擊穿點(diǎn)檢查。直接擊穿點(diǎn)位于預(yù)制件半導(dǎo)電斷口（即絕緣膠與半導(dǎo)電膠過(guò)渡位置），距端部93 mm。根據(jù)預(yù)制件在電纜的定位標(biāo)記，電纜擊穿點(diǎn)與預(yù)制件擊穿點(diǎn)對(duì)應(yīng)，離電纜半導(dǎo)電斷口54 mm，電纜故障位置表面焦化，擊穿點(diǎn)位置有明顯向電纜半導(dǎo)電斷口的爬電通道（圖2）。擊穿點(diǎn)位于絕緣膠與半導(dǎo)電膠過(guò)渡位置，擊穿點(diǎn)開(kāi)裂（圖3）。

圖2 有向電纜半導(dǎo)電斷口的爬電通道

圖3 擊穿點(diǎn)開(kāi)裂

1.2 電纜檢查

（1）電纜彎曲度復(fù)核。在工藝標(biāo)準(zhǔn)中，要求電纜較直后檢查彎曲度每600 mm≤3 mm。由于電纜已做表面半導(dǎo)電剝離處理，無(wú)法復(fù)核工藝要求的彎曲度?，F(xiàn)采用400 mm長(zhǎng)鋼尺，輔助測(cè)量電纜平直程度：擊穿點(diǎn)位置，測(cè)得最低點(diǎn)為5 mm，而在擊穿點(diǎn)對(duì)側(cè)位置（即電纜旋轉(zhuǎn)180°后測(cè)量），電纜最低點(diǎn)為1 mm?？梢?jiàn)電纜彎曲嚴(yán)重，擊穿點(diǎn)位置靠近電纜的凹位。

（2）電纜開(kāi)線尺寸復(fù)核。在工藝標(biāo)準(zhǔn)中，要求電纜開(kāi)線尺寸為線芯72°-0.5mm，半導(dǎo)電斷口372±1 mm。由于線芯壓接，無(wú)法復(fù)核線芯和斷口的尺寸，現(xiàn)測(cè)量?jī)啥税雽?dǎo)電斷口距離、半導(dǎo)電與絕緣端部的距離：在兩側(cè)方向（即電纜旋轉(zhuǎn)180°后再測(cè)），分別測(cè)得電纜兩端半導(dǎo)電斷口距離分別為770 mm和768 mm，相差不大；在故障側(cè)，測(cè)得半導(dǎo)電與絕緣端部的距離最低點(diǎn)和最高點(diǎn)分別為295 mm和305 mm。兩者均不符合工藝要求。

（3）電纜半導(dǎo)電處理、打磨檢查。電纜半導(dǎo)電過(guò)渡良好，斷口尺寸高低點(diǎn)范圍超過(guò)±1 mm，不符合工藝要求。電纜表面打磨情況良好。

1.3 附件安裝檢查

（1）電纜附件尺寸。測(cè)量預(yù)制橡膠絕緣件的尺寸，主體全長(zhǎng)870 mm，兩邊應(yīng)力錐平直長(zhǎng)度為93 mm，中間屏蔽管平直長(zhǎng)度為258 mm。

（2）電纜兩端搭接距離。工藝標(biāo)準(zhǔn)中，要求應(yīng)力錐搭接尺寸為50±5 mm，從現(xiàn)場(chǎng)尺寸復(fù)核，絕緣端搭接為46 mm，非絕緣端搭接41 mm，不能滿足工藝要求。

（3）壓接工藝檢查。工藝標(biāo)準(zhǔn)中，要求壓接后絕緣間尺寸為163±3 mm，實(shí)測(cè)得壓接后絕緣間尺寸最近處為164 mm，最遠(yuǎn)處為174 mm，不符合工藝要求。

2 故障原因分析

根據(jù)以上解剖檢查的情況分析，如下情況不符合工藝標(biāo)準(zhǔn)要求：①電纜彎曲度不符合要求；②電纜半導(dǎo)電開(kāi)線尺寸；③電纜附件安裝兩端搭接量；④壓接工藝。由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)有裕度，部分施工雖不符合工藝要求，但不足以導(dǎo)致電纜接頭擊穿。

從擊穿點(diǎn)的位置分析，最可能存在的故障原因有如下兩點(diǎn)。

（1）預(yù)制件在擊穿位置存在缺陷。擊穿位置為絕緣膠與半導(dǎo)電膠過(guò)渡位置，可能有起膠、溢膠、臺(tái)階、漏膠、氣泡、雜質(zhì)等缺陷。根據(jù)以往對(duì)該廠家預(yù)制件的開(kāi)箱驗(yàn)收情況看，并無(wú)同類(lèi)缺陷發(fā)生，故該原因發(fā)生的可能性較低。

（2）電纜彎曲度不合格。電纜加溫校直不合格將直接影響電纜彎曲度，而電纜彎曲度不合格可能影響預(yù)制件與電纜絕緣間的界面壓力。

橡膠絕緣件與電纜絕緣之間界面電氣性能的好壞，與界面壓力、界面潔凈度、光滑度、干燥狀態(tài)以及材料自身的性能有關(guān)，將直接影響到電纜接頭附件整體的可靠性。界面性能不好，可能導(dǎo)致一些高壓電纜附件在運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)熱、局部放電量超標(biāo)甚至爬穿現(xiàn)象。而界面壓力是影響電纜附件界面性能的一個(gè)主要因素。壓力將改變兩材料間的粘合狀態(tài)，粘合越緊密其界面殘余氣隙越小，界面電氣性能越好。界面配合過(guò)盈度減小，壓力降低，電氣性能下降。如果兩材料間留有間隙，則會(huì)產(chǎn)生電容效應(yīng)，在氣隙間引起電暈和火花腐蝕。

橡膠絕緣件與電纜絕緣界面的絕緣強(qiáng)度與該界面上受到的界面壓力有一定的指數(shù)關(guān)系，如圖4、圖5所示。

根據(jù)界面的絕緣強(qiáng)度與界面壓力的關(guān)系曲線，分析電纜預(yù)制件的電場(chǎng)分布情況，可以看出T4位置屬于電纜導(dǎo)體與預(yù)制橡膠絕緣件的界面，也是半導(dǎo)電斷口過(guò)渡處，且位于端部邊沿處界面壓力較低的位置，絕緣強(qiáng)度較薄弱。而此處電場(chǎng)強(qiáng)度較高，擊穿強(qiáng)度約為10 kV/mm（針對(duì)2500 mm2電纜），該位置的界面性能要求尤其重要，為故障高危區(qū)。斷口過(guò)渡處表面存在一定的坡度，工藝要求較高。若T4位置電纜導(dǎo)體處于彎曲狀態(tài)的凹位，界面壓力將大大降低，絕緣強(qiáng)度更加薄弱。而T4位置與擊穿故障點(diǎn)是一致的。

圖4 界面的絕緣強(qiáng)度與界面壓力的關(guān)系曲線

圖5 電纜預(yù)制件的電場(chǎng)分布示意

根據(jù)施工記錄，該故障接頭組裝完畢到竣工試驗(yàn)長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久，因?yàn)檫@段期間電纜處于閑置狀態(tài)。由于電纜彎曲嚴(yán)重，電纜與預(yù)制體界面上的硅油也可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，從而改變粘合狀態(tài)，降低壓力，影響界面性能。

通過(guò)以上分析，本次故障原因主要為電纜彎曲程度嚴(yán)重。屬于施工人員工藝欠缺，操作不當(dāng)，在電纜加溫校直工藝方面沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在工藝標(biāo)準(zhǔn)中，要求電纜較直后檢查彎曲度每600mm≤3 mm。用加熱校直裝置將電纜端部去除金屬套的部分加熱后校直，保持并固定電纜成直線狀態(tài)，以消除電纜的機(jī)械應(yīng)力。推薦工藝參數(shù)：①加熱溫度80℃ ；②加熱至要求溫度后維持6 h；③自然冷卻至環(huán)境溫度，時(shí)間≥12 h。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該高壓電纜故障接頭的解體檢查、數(shù)據(jù)測(cè)量，深入分析了故障原因。附件橡膠絕緣件與電纜絕緣之間界面性能的好壞，直接影響高壓電纜附件的可靠性，而界面壓力是影響電纜附件界面性能的主要因素。安裝施工人員只有深刻認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，理解操作工藝要求與電纜附件結(jié)構(gòu)性能間的聯(lián)系，掌握好操作工藝要求，才能確確實(shí)實(shí)提高高壓電纜接頭的施工質(zhì)量。

［1］DL/T 596—2015，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2015.