一起220 kV電纜終端擊穿故障原因分析

吳明祥，毛琳明

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；2.嘉興電力局，浙江嘉興314033）

一起220 kV電纜終端擊穿故障原因分析

吳明祥1，毛琳明2

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；2.嘉興電力局，浙江嘉興314033）

針對一起發生在高速鐵路專用220 kV輸電線路上的電纜終端擊穿事故，進行了故障電纜終端檢查和事故原因分析，指出220 kV故障電纜終端尾管與電纜金屬護套的鉛封施工工藝存在缺陷，直接降低了機械強度，引起電纜終端尾管與電纜金屬護套分離，最終導致電纜終端尾管與主絕緣擊穿，提出類似電纜終端的鉛封施工工藝進行隱患排查的建議。

電纜終端；尾管鉛封；擊穿故障

220 kV連杭變電站經由220 kV杭鐵2R04線、連鐵2R03線雙回路向高速鐵路220 kV許村牽引變電站供電。220 kV杭鐵2R04線路總長度3.139 km，架空線路2.906 km，電纜線路0.233 km，電纜金屬護套連杭變電站側終端經過電壓保護器接地，線路側電纜終端經接地箱直接接地，線路于2010年7月10日投運。電纜型號為YJLW03 127/220，單相截面630 mm2，電纜終端型號為TES1 245/55復合外套終端，電纜及電纜終端均為江蘇某電纜有限公司提供并負責電纜終端安裝。

1 電纜終端故障情況

2011年4月28日8∶06，220 kV杭鐵2R04線路跳閘。保護動作情況分別為第1套保護：CSC101AⅠ段阻抗出口動作，A相零序Ⅰ段出口動作，均跳三相。第2套保護：RCS-901A距離Ⅰ段動作，三相跳閘；同時A相測距為0.247 km。故障錄波顯示：A相接地測距0.142 km。保護動作時顯示故障電流59.61 A（電流互感器變比2000/ 5），即一次電流23.8 kA。故障前線路負荷電流96 A、輸送24.9 MW，1.23 Mvar。線路通道上無施工開挖等外力影響，天氣晴朗，不存在雷擊等過電壓現象。故障發生后，經查故障點在220 kV杭鐵2R04線線路側A相電纜終端，投運至故障時間不足10個月。

A相終端故障后對其進行檢查和解剖，發現底部尾管保護層熱縮管炸裂、尾管與電纜金屬護套的鉛封全部開裂脫離（見圖1），脫離的尾管和金屬護套橫截面斷口間隙不平行，縱向錯位，表面有明顯的熔化現象，尾管與電纜金屬護套的鉛封厚度較厚處大約在2 mm左右。

在A相電纜終端尾管部位有50 mm×40 mm的擊穿熔化孔洞，在尾管內清晰可見電纜主絕緣被擊穿、銅導體熔化的現象，見圖2。主絕緣的擊穿口大小為100 mm×60 mm、露出銅導體可見面積14 mm×32 mm。

圖1 終端尾管與電纜金屬護套的鉛封開裂、脫離、熔化

圖2 A相電纜終端尾管擊穿熔化孔洞

A相電纜終端下端的第1只電纜固定線夾放松時，電纜自由位置偏移30 mm左右，拆下的A相電纜終端電纜偏離尾管中心較大，在6 mm以上。據廠家確認，由于安裝時存在客觀原因，該相電纜頭制作時為先搪鉛后固定線夾。

2 故障原因分析

2.1 機械原因分析

從終端尾管與電纜金屬護套焊接處受力情況分析：

（1）鉛封厚度未按安裝要求在5 mm以上，鉛封厚度嚴重不足，使該部位機械強度不能滿足長期運行要求。

（2）電纜安裝時校直不夠，電纜位置不正，解剖后電纜不受力的終端尾管出口情況見圖3。

（3）終端尾管與金屬護套先用鉛密封，再對終端尾管下端的電纜用線夾進行電纜固定，工藝程序顛倒。由于電纜線夾固定時因電纜偏移存在應力，該應力集中在相對為軟硬連接的鉛封處，又因鉛封太薄，長期受力，導致運行中電纜終端尾管鉛封處開裂，最終使電纜終端尾管與電纜金屬護套連接處完全分離。

圖3 解剖后的終端尾管出口情況

2.2 電氣原因分析

當電纜金屬鋁護套與終端尾管之間鉛封分離后，兩者間無電氣連接點。因電纜金屬護套連杭變電站側終端經過電壓保護器接地，線路側電纜終端經接地箱直接接地，此時電纜的金屬護套兩端已沒有直接接地點，金屬護套存在較高的感應電壓。在連杭變電站側，當感應電壓超過設定值時，過電壓保護器動作保護電纜。在線路側電纜半導電層和金屬護套與終端尾管間存在較大場強，該處與終端尾管存在較高的電壓。在此電壓作用下，在電纜半導電層與終端尾管間間隙擊穿，造成長期間歇性放電，致使電纜絕緣老化，最終導致主絕緣擊穿。

為了更清楚描述這種放電過程，建立如圖4所示的簡單電路模型進行分析。圖中：Cx為電纜電容，R為電纜半導電屏蔽層與金屬護套之間等效電阻，r為金屬鋁護套與終端尾管之間鉛封連接電阻，G為終端尾管與半導電層存在的間隙。

圖4 電纜簡單等效電路

電纜在運行過程中，金屬護套與電纜終端直接相連接地，故障點的半導電屏蔽層與金屬套之間的壓降UG＝Ix（r+R），正常情況下半導電層經緩沖層和金屬護套與電纜終端尾管直接相連，其相連接電阻r接近零，故障點半導電層和緩沖層電阻R與氣隙G在壓降UG下不會產生放電，也就不會發生擊穿。

如果金屬護套與電纜終端尾管分離出現間隙，其連接電阻r已處于開路狀態，則故障點半導電層電位UG會很高，在該電壓作用下足以使氣隙發生擊穿。當擊穿電弧通道的電阻小于半導電層和緩沖層電阻R，UG迅速降低，直至電弧熄滅。當電弧熄滅后UG又迅速回升，直到再次擊穿。由此反復循環放電的累積效應會損傷絕緣半導電屏蔽層，改變了電纜原來的均勻圓柱形場強分布，導致電纜擊穿。

因此，電纜金屬護套與終端直接相連是否正確和牢固，對保證電纜安全穩定運行至關重要。

3 事故防患措施

為了避免相同工藝的電纜終端出現類似情況，對未發生故障的杭鐵2R04線B，C兩相電纜終端尾管與電纜金屬護套的鉛封進行防患檢查，發現B相電纜終端尾管與電纜金屬護套的鉛封連接處有明顯1圈向內凹的現象，封鉛較薄，工藝較差，見圖5；C相除與B相類似的情況外，在終端尾管與電纜金屬護套鉛封處出現1條較長（10 cm以上）的裂紋，見圖6。鑒于以上情況對杭鐵2R04線和杭鐵2R03線進行以下檢查和防患處理：

圖5 B相電纜終端尾管鉛封

（1）對A相電纜終端進行更換，重新加工和調整第1個電纜固定線夾的支架和固定位置，對電纜終端尾管與金屬護套的鉛封和電纜的固定必須嚴格按照電纜終端施工工藝要求進行。

圖6 C相電纜終端尾管鉛封開裂

（2）拆除B，C相電纜終端尾管原鉛封，消除應力，必要時重新加工第1個電纜固定線夾并置合適位置；尾管鉛封及其厚度必須達到工藝要求。

（3）對220 kV杭鐵2R03線電纜終端停電檢查，發現尾管鉛封情況同樣存在封鉛工藝不到位現象。圖7顯示2R03線電纜終端A相尾管鉛封已多處開裂，已有逐步貫通開裂的趨勢，圖8顯示2R03線電纜終端B相C相尾管鉛封有不同程度向內凹的現象，隨即對2R03線電纜終端三相尾管鉛封及其厚度按工藝要求重新制作。

圖7 2R03線電纜終端A相尾管鉛封多處開裂

圖8 2R03線電纜終端B相C相尾管鉛封內凹

（4）對杭鐵2R04線進行線路間隔所有氣室SF6成分分析；連鐵2R03線斷路器滅弧室氣室局部放電測量（超聲波、特高頻）；終端頭紫外檢查（高壓引線、終端頭尾管）；兩側電纜終端頭進行局部放電試驗；杭鐵2R04線帶電后對新終端頭進行紫外檢查（高壓引線、終端頭尾管），試驗結果滿足運行要求。

4 結論

（1）杭鐵2R04線、連鐵2R03線220 kV電纜終端安裝鉛封厚度不滿足安裝施工工藝要求，存在嚴重的施工質量缺陷。

（2）杭鐵2R04線A相電纜終端至終端尾管以下部分的電纜不在一條直線上，且安裝時沒有校直到位，造成電纜偏移尾管中心。電纜終端安裝技術人員沒有根據實際情況調整施工工藝，采取該相電纜頭制作時先鉛封后固定線夾的工藝，其工藝流程不符合規范要求。

（3）終端封鉛后的電纜與終端下端第1只電纜固定線夾中心位置偏移較大，電纜固定后長期存在較大彎曲應力，且鉛封太薄，加速導致鉛封在運行中開裂、使電纜終端尾管與電纜金屬護套完全分離。

（4）由于電纜鋁護套與終端尾管部分之間鉛封分離，引起半導電層和金屬護套與終端尾管間存在較高電位差、場強不均勻，造成長期間歇性放電，致使電纜絕緣老化，最終導致主絕緣擊穿。

（5）建議對該公司安裝的類似型號電纜終端的鉛封施工工藝進行隱患排查。

[1]吳明祥，包建強，王建明.一起220 kV電纜預制式中間接頭擊穿故障及其原因分析[J].高壓電器，2010，46（5）∶95-97.

[2]林禮健.一起220 kV電纜線路故障原因剖析[J].山西電力，2003（2）∶39-40.

[3]張東斐，唐慶華，朱利軍.110 kV國橋線電纜接頭故障分析及處理[J].高電壓技術，2007（12）∶208-210.

[4]DL/T 5221-2005城市電力電纜線路設計技術規定[S].北京∶中國電力出版社，2005.

作者簡歷：吳明祥（1956-），男，杭州人，高級工程師，從事輸電線路及電力電纜技術研究。

（本文編輯：楊勇）

Cause analysis of Terminal Breakdown Accident for 220 kV Cable

WU Ming-xiang1，MAO Lin-ming2
（1.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Jiaxin Electric Power Bureau，Jiaxin Zhejiang 314033,China）

The inspection and cause analysis on the faulty cable terminal are carried out for a terminal breakdown accident of a 220 kV private cable for the high speed railway.This paper points out the defect of the lead-sealing construction technology of the cable terminal tail tube and cable metal sheath，which directly results in the decrease of the mechanical strength and consequent separation of the tail tube from the metal sheath.Finally，that leads to breakdown of the tail tube and main insulation.It also makes suggestions on troubleshooting for the lead-sealing construction technology in similar cables.

cable terminal；lead-sealing of tail tube；breakdown accident

TM757.2

：B

：1007-1881（2012）09-0010-03

2012-05-30