一起110kV整體預制式EPDM電纜中間接頭故障分析

摘要：通過對發生故障的110kV整體預制式EPDM電纜中間接頭進行解剖，分析、判斷故障原因是整體預制絕緣件內應力錐存在制造工藝缺陷。在竣工耐壓試驗時，出現電場過度集中導致應力錐缺陷部分與絕緣件內導體屏蔽間絕緣擊穿。

關鍵詞：整體預制式；中間接頭；故障分析

隨著城市的發展，電力電纜由于其占地面積少，不影響城市景觀等優勢，逐漸取代市區內架空線路，新投產電纜線路日趨增多[1]。但由于電纜及附件制作過程復雜，施工要求高[2-4]，隨著電力電纜投產數量的增加，電纜附件故障也有增長趨勢。其中在2012年，深圳地區就發生了3起在竣工耐壓試驗時絕緣擊穿的接頭故障。因此，針對發生的故障進行深入分析，找到故障原因，采取有效措施降低故障率，對維護電力電纜工作的良好運營非常有必要。

1 線路概況

2012年6月，某新建110kV電纜線路進行竣工耐壓試驗時，試驗前測量絕緣電阻為30000MΩ，諧振頻率設置為36.74Hz，然后手動增加電壓，當增至90kV（1.4Uo）時試驗設備裝置突然跳閘并顯示放電保護動作，B相接地故障；對全線進行故障點查找，發現#2工井中間絕緣接頭發生放電擊穿。

該電纜線路由一段于2011年7月投產的電纜和新建一個交叉互聯段組成，全長2.43千米。故障接頭位于新建交叉互聯單元，故障接頭型號為YJJJI2-64/110-1×800，整體預制絕緣件材料為EPDM（三元乙丙橡膠）；全線采用管、溝敷設，中間接頭為進口產品。

2 故障分析

2.1 整體預制絕緣件結構及生產過程

整體預制絕緣件由兩側應力錐、中間內嵌導體屏蔽和上述兩者間的絕緣部分以及外屏蔽構成，如圖1所示。

EPDM整體預制絕緣件的生產過程主要由以下兩個步驟完成：

⑴分別生產半導體屏蔽罩部分及兩側應力錐；

⑵將半導體屏蔽罩部分及兩側應力錐安裝于總裝模具，高壓注射絕緣膠，并進行硫化，形成整體預制絕緣件。

2.2 解剖過程

⑴故障前后，中間接頭的玻璃鋼保護殼完好無損，打開玻璃鋼保護殼并去除防水膠，中間接頭銅套保護殼完好（如圖2所示）；

⑵將銅保護套去除，清除銅屏蔽網和絕緣膠帶并做清潔，可見整體預制絕緣件的絕緣端部有一開裂長孔，長徑方向40mm，短徑方向10mm（如圖3所示）。

⑶將整體預制絕緣件解剖開，可見自導體銅屏蔽罩往電纜外半導電端口的電纜絕緣表面有一淺凹痕（如圖4所示），但未到達電纜外半導電屏蔽端口，導體銅屏蔽罩端部有一長徑約3mm的凹坑；

⑷去除導體銅屏蔽罩，復核安裝尺寸，結果顯示符合安裝要求（如圖5所示）。

⑸將整體預制絕緣件解剖開，可見在導體屏蔽端面內側約17mm處起開裂至應力錐端面，整個開裂面沒有嚴重的燒損痕跡（如圖6所示），圖3所示整體預制絕緣件的絕緣端部有一開裂長孔對應于圖4左側應力錐處。

⑹將整體預制絕緣件解剖開，在非故障側的應力錐，可以看到明顯的三處缺陷兩種類別（如圖7所示）。缺陷1、3為嚴重缺陷，絕緣膠侵入應力錐內部，將應力錐錐面曲線截斷，形成兩個非常尖銳的斷口；缺陷2從外部侵入應力錐內部形成一個小凹坑，未穿越應力錐曲面，不影響應力錐錐面曲線。

⑺沿預制絕緣件開裂處進行剖切，可見應力錐弧線中部起，往半導體屏蔽管方向有一明顯的擊穿通道。同時，在距半導體屏蔽管部約2mm處，有一個長徑約2.3mm的黑色焦物，該黑色焦物的周邊絕緣未有被損痕跡，因此可確認黑色焦物為產品生產過程中剩留在絕緣中的雜質（如圖8所示）。

2.3 原因分析

首先，從解剖情況看，整體預制絕緣件內表面在應力錐起角線與半導體屏蔽管端部未存在嚴重的燒蝕，而整個表面開裂，應力錐部分開裂穿透；應力錐往半導電屏蔽管部分開裂深度也幾近穿透程度；同時電纜的表面也僅表現為輕微的淺凹痕，該淺凹痕自半導體屏蔽管端部起往應力錐方向未達應力錐起角線，無完整電纜絕緣表面或整體預制絕緣件的內表面放電通路；擊穿通道位于整體預制件的絕緣內部，為內絕緣擊穿。

其次，從非故障側應力錐存在嚴重缺陷現象可以判斷，在高壓注射絕緣膠的生產過程中，故障側應力錐也可能存在如圖7所示的缺陷2類型缺陷，絕緣膠侵入應力錐改變應力錐曲線，該處存在尖角。加壓后該缺陷處電場發生嚴重畸變，在試驗電壓下即發生擊穿。從圖8可見在擊穿通路附近有雜質，也可能存在雜質附著于應力錐表面，加壓后該雜質處電場很強，雜質首先被擊穿，從而導致在試驗電壓下整體預制件的絕緣內部擊穿。事故發生后，該類缺陷隨故障燒蝕而消失，變成故障通路。

綜上分析，此次故障是由于整體預制絕緣件存在嚴重質量缺陷，雜質或絕緣膠侵入應力錐，使應力錐曲面受損，形成尖銳端部，竣工試驗時在高電壓作用下缺陷處的電場發生嚴重畸變，并引起電場集中造成局部放電，繼而發展形成貫穿性導電通道造成絕緣擊穿。

3 結束語

產品質量問題和安裝質量問題仍是當前電纜故障的主要原因，為減少由于產品質量造成的電纜故障，首先，附件生產廠家應加強生產過程中半成品質量的中間檢測管控，并對產品進行耐壓試驗及局放試驗，有效地發現存在缺陷的產品，杜絕存在缺陷的產品出廠。其次，供電企業應加強竣工驗收工作，嚴格把關，杜絕帶缺陷設備投入運行。

參考文獻

[1] 江日洪.交聯聚乙烯電力電纜線路[M].北京，中國電力出版社，2008.

[2] 卓金玉.電力電纜設計原理[M].北京，機械工業出版社，1998.

[3] 劉子玉.電力電纜結構設計原理[M].西安，西安交通大學出版社，1995.

[4] 鄭肇驥，王琨明.高壓電纜線路[M].北京，水利電力出版社，1981.

[5] 張建文.電氣設備故障診斷技術[M].北京，中國水利水電出版社，2006.