一起35 kV內(nèi)錐插拔式電纜終端擊穿故障分析

朱廣秀源，蔣 玲，王生杰，李劍武，劉敬之，劉國平，王理麗，張毅濤

(1.國網(wǎng)青海省電力公司電力科學研究院，青海 西寧 810008；2.國網(wǎng)青海省電力公司，青海 西寧 810008；3.國網(wǎng)青海省電力公司海南供電公司，青海 西寧 813000)

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，城市用電量迅速增長，新增輸電線路也逐年增加。但限于城市規(guī)劃、環(huán)境景觀及線路走廊要求，城市輸電線路越來越多的采用電纜。內(nèi)錐插拔式電纜終端以全絕緣、全屏蔽、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡便、易于操作、運行可靠、維修方便等特點被廣泛用于地鐵、工廠以及沿海和高原等地區(qū)，成為了35 kV及以下中壓交聯(lián)電纜的理想附件〔1,2〕。

1 故障概況

1.1 故障經(jīng)過

某35 kV變電站共有兩臺主變，故障前1號主變帶負荷運行，2號主變處于熱備用狀態(tài)。2021年1月10日20:28，1號主變差動保護動作跳閘；20:30，調(diào)度遠方投入2號主變；20:30:56，2號主變差動保護動作跳閘。

1.2 現(xiàn)場檢查

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，2號主變高壓側(cè)C相電纜終端發(fā)生擊穿故障，鋁護套擊穿，熱縮套燒蝕。該電纜型號為YJV22-26/35-1×50 mm2，全長24 m, 投運12年，投運前試驗合格，電纜終端采用的是內(nèi)錐插拔式電纜終端，現(xiàn)場檢查如圖1所示。

圖1 擊穿的電纜終端

2 故障分析

2.1 解體檢查

對故障電纜終端進行解體檢查，電纜終端整體破壞較為嚴重，鋁護套表面存在一燒蝕熔洞，直徑約35 mm，熔洞位置緊挨應力錐尾部，鋁護套熔洞對應內(nèi)部電纜主絕緣被燒蝕、線芯熔斷、銅屏蔽燒及緊壓環(huán)被燒熔，如圖2所示。

圖2 解體后的故障電纜終端

將故障電纜終端應力錐從中部切開后，發(fā)現(xiàn)對應電纜主絕緣貫穿性燒熔的應力錐內(nèi)壁從端部開始存在一放電通道，呈灰色龜裂狀，一直延伸至半導電層。半導電層被燒蝕呈炭黑色，應力錐端部與承力環(huán)接觸面存在一圓環(huán)形灰色放電燒蝕痕跡，應力錐尾部部分被燒蝕，如圖3、圖4所示。

圖3 放電通道

根據(jù)以上現(xiàn)象可以判斷主放電通道為：高場強區(qū)的應力錐端部-應力錐內(nèi)壁與電纜主絕緣交界面-應力錐半導電層-電纜半導電層-銅屏蔽-金屬鎧裝-接地線，放電通道唯一且明晰。

通過對放電通道處電纜部件進行檢查，發(fā)現(xiàn)與承力環(huán)及電纜主絕緣端部存在一明顯空隙，長約24 mm，如圖3。按照電纜終端制作工藝要求，此處電纜主絕緣端部約5 mm應切割45°的倒角，以將其插入至承力環(huán)內(nèi)，確保電纜線芯與應力錐間保持足夠的絕緣強度。但對此處電纜主絕緣端部形貌進行分析，其存在明顯的燒熔痕跡，為電纜故障期間高溫所致，但其邊沿處存在明顯的切削狀痕跡，由此可以判斷此處為主絕緣端部的45°倒角，如圖5。檢查電纜線芯與電纜終端插接觸指結(jié)合處，發(fā)現(xiàn)線芯的切割面與觸指端頭接觸環(huán)平齊、貼合緊密，未發(fā)現(xiàn)有線芯向下躥滑的跡象，可以排除電纜終端制作完成后電纜向下位移以及故障發(fā)生后拔出電纜終端時導致該間隙出現(xiàn)的可能，如圖5。據(jù)此可以判斷該明顯空隙為電纜終端制作期間電纜主絕緣與承力環(huán)間未插接到位或者電纜主絕緣切削過多所致。

圖5 主絕緣端部切削痕跡線芯與電纜終端插接觸指結(jié)合處

此外，應力錐本是通過將絕緣屏蔽層的切斷處進行延伸，使零電位形成喇叭狀，從而改善絕緣屏蔽層的電場分布，降低放電的可能性。但通過測量電纜直徑以及應力錐內(nèi)徑，發(fā)現(xiàn)電纜直徑較應力錐內(nèi)徑小1 mm。按照要求，電纜本體與應力錐應過盈配合，即應力錐內(nèi)電纜直徑應略大于應力錐內(nèi)徑，確保兩者間不存在間隙，這意味著此故障終端電纜絕緣屏蔽切斷處電場密度沒有得到應有的疏散，應力錐沒有起到應有的作用〔3〕。

2.2 原因分析

結(jié)合故障經(jīng)過及解體檢查，可知：

(1)應力錐內(nèi)電纜主絕緣與承力環(huán)間明顯空隙為電纜終端制作期間工藝控制不良所致；

(2)電纜主絕緣與承力環(huán)間未插接到位或者電纜主絕緣切削過多而形成長約24 mm的空隙，導致本應以交聯(lián)聚乙烯與應力錐為主絕緣的絕緣介質(zhì)替換為以空氣、交聯(lián)聚乙烯及應力錐復合絕緣為主絕緣的絕緣介質(zhì)；

(3)在運行電壓作用下，電纜主絕緣與應力錐交界面處長期存在局部放電，導致電纜主絕緣及應力錐內(nèi)壁絕緣劣化，并沿著應力錐內(nèi)壁絕緣相對薄弱處(即應力錐內(nèi)壁與電纜主絕緣間尺寸配合不良處)延伸發(fā)展；

(4)在合閘投運操作過電壓作用下，電纜終端局部放電進一步發(fā)展進而形成貫穿性放電通道，導致對地擊穿；

(5)較大的故障電流造成電纜線芯、主絕緣、鋁護套等部件燒熔。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

綜合分析，此次故障的主要原因是電纜終端制作工藝不良，導致應力錐內(nèi)電纜主絕緣與承力環(huán)間存在空隙，在長期運行電壓作用下造成電纜終端絕緣受損并對地擊穿，進而造成此次設備故障。

3.2 建議

(1)導致電纜終端擊穿故障的關鍵因素是電纜終端的制作質(zhì)量，而制作人員的技術水平和制作態(tài)度直接決定了電纜終端的使用壽命〔4〕，為確保電纜終端制作工藝滿足標準要求，在提高電纜頭制作工藝的同時，加強電纜頭制作過程的現(xiàn)場監(jiān)督工作。

(2)對遭受沖擊的變壓器進行相關試驗，校核此次近距離電纜頭擊穿故障對主變性能的影響。

(3)提高電纜人員運維管理水平，加強電纜溫度檢測、局放檢測等帶電檢測工作，及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、避免故障的發(fā)生，做好電纜運行工況的掌握，做到提前預防。

(4)進一步提升變電站主設備運維水平，及時發(fā)現(xiàn)設備隱患，以避免發(fā)生相關電網(wǎng)事件。