一起110kV電纜終端頭爆炸事故原因分析

國網保定供電公司 沈學良 喬學軍 胡保東 劉 威

1.事故情況回顧

1.1 終端頭運行情況

該110kV電纜線路全長12.322km，事故相終端頭掛高約21m。

由于線路切改，需要重新做交流耐壓實驗，該線路3相終端頭均有被從桿塔上拆下，重新吊裝的記錄。

1.2 終端頭故障相外觀檢查情況

查明事故原因為該電纜B相終端頭絕緣擊穿放電造成（如圖1所示）。

圖1 故障相終端接頭

該相接頭拆下后故障位置清晰照片如圖2所示。

圖2 故障相清晰照片

圖3 剝至金屬護套照片

從圖2可以看出：

a)絕緣擊穿點在應力錐下部，主絕緣上有爬電痕跡；

b)應力錐開裂，造成從錐底向約60mm的裂縫；

c)金屬護套端口處的半導電帶沖入應力錐下方約25mm。

2.故障相終端頭解剖

對故障相終端頭進行了逐層解剖：

1)剝除電纜外護套至金屬護套，如圖3所示，從圖3可以看出金屬護套距離應力錐下邊緣約25mm；

2)剝除金屬護套至主絕緣半導電層，如圖4所示，測量絕緣擊穿洞的大小，外直徑25mm，內直徑18mm，可見是從主絕緣外側開始放電；

3)測量主絕緣外半導電層到應力錐下邊緣的距離為15mm；

4)剖開應力錐，放置2小時后的照片見如圖5所示，應力錐壓接半導電層約11mm，可見應力錐有壓縮被釋放。

圖4 剝至主絕緣半導電層照片

圖5 靜置后的照片

3.電纜故障原因分析

通過上述分析可以看出，造成絕緣擊穿的主要原因是應力錐半導電層和主絕緣半導電層之間存在縫隙且制作電纜接頭時的半導電膠帶進入應力錐下部，兩種因素基本破壞了應力錐緊密的絕緣配合和電場分布，該處應力錐作用失效，造成縫隙和氣隙處電場集中，過高的電場強度導致該處產生局部放電，逐步導致了絕緣擊穿。

造成應力錐半導電層和主絕緣半導電層之間存在縫隙且制作電纜接頭時的半導電膠帶進入應力錐下部的原因有兩個，一是制作時的工藝尺寸存在問題，二是金屬護套和主絕緣包裹的電纜本體產生移位。

3.1 制作工藝可能存在的問題

和廠家提供的安裝說明中給出的尺寸進行比較，存在如下兩處問題：

a)電纜外半導電層端口最高點至應力錐底部的距離可能存在問題，見圖6。工藝上規定應該為應力錐內部半導電臺階至端口的尺寸，本型號的應力錐取搭接40mm，而解剖后的實際尺寸為未搭接，且距離15mm；為40mm，痕跡和外半導電的倒角坡口完全吻合。可以排除施工時外半導電層和應力錐安裝尺寸上存在問題，則可判定應力錐和外半導電層在投運后產生相對移位，相對位移量為55mm。

b)金屬護套端口至電纜外半導電層端口最高點的距離可能存在問題，見圖8。圖紙上要求金屬護套至外半導電層端口最高點應為110mm，解剖后的實際尺寸和工藝要求相差接近120mm。

圖6 外半導電層尺寸對比圖

通過解剖應力錐（如圖7所示），可以看到應力錐內側的痕跡正好。

圖7 應力錐解剖圖

圖8 金屬護套和半導電層尺寸對比圖

假如按施工工藝正確來判斷，金屬護套相對外半導電層得相對位移量應該為120mm。單純從外觀上很難判斷金屬護套的剝切尺寸是否正確，但從圖8所示金屬護套包住外半導電層的斷口可以判斷引發絕緣擊穿的主要原因是金屬護套和絕緣層發生相對移位造成。

3.2 吊裝過程中金屬護套移位造成

通過上述分析，可以判斷金屬護套的相對位移量在55mm和120mm之間。因為電纜設計時能夠滿足水平落差的要求，所以產生移位的主要原因應是在電纜吊裝過程中產生。

(1)查閱了YJLLW03-64/110kV1×500mm2電纜的質量密度為10.17Kg/m。本相電纜以23m計算，可以得到吊裝時護套所承受的重力：

當捆綁電纜護套為受力部位進行吊裝時，金屬護套和半導電層之間的摩擦力將承受電纜的自重約2339N，這種吊裝方式很可能會造成金屬護套的相對位移。

查看電纜線路施工的相關標準GB 50168，其5.1.10中有如圖9所示的規定。

從圖9可以看出牽引部位可以是線芯也可以是金屬護套，也就是說國標是允許用牽引頭的方式以線芯為受力部位進行牽引的。

圖9 國標中對牽引部位和牽引強度的規定

以單相500mm2的銅芯電纜為例，可承受的最大允許牽引力可以用如下公式計算：

足以承受電纜的自重（護套質量遠輕于線芯質量），且遠不會引起線芯拉伸變形，可以采用適當的方式牽引線芯來吊裝電纜終端。

(2)GB 50168中規定“電纜的牽引速度不宜超過15m/min，110kV及以上電纜或在較復雜路徑上敷設時，其速度應適當放慢”，當吊裝速度過快或者起吊時過猛都可能會造成金屬護套移位；

(3)受電纜終端塔上的電纜固定位置和電纜固定角度限制，在安裝過程中會使電纜扭曲受力，減少了金屬護套和外半導電層之間的摩擦力，進一步加劇了金屬護套位移，為防止扭曲受力，GB 50168中規定“機械敷設電纜時，應在牽引頭或鋼絲網套與牽引鋼纜之間裝設防捻器”。

4.電纜終端故障防范措施建議

1)嚴格按照安裝說明和規程要求制做終端頭；

2)盡力避免終端頭的重復拆卸、吊裝，會造成電纜最大允許牽引力的迅速下降；

3)起吊時最好選擇線芯為受力點，且牽引頭與牽引鋼纜之間應裝設防捻器；

4)起吊時應緩慢，不能過猛，吊裝時的上升速度緩慢平穩，最高速度不能超過15m/min；

5)建議對電纜終端頭進行局部放電在線檢測，及時發現終端頭存在的問題。