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，型號為YJLW02-Z 127/220 1×2500 GB/Z 18890.2—2002，線路長8.61 km，電纜導(dǎo)體截面2500 mm2。竣工后進行交流耐壓試驗時，試驗電壓升至214.4 kV、試驗頻率39.4 Hz，進行至10 min時絕緣擊穿。經(jīng)升壓測聽放電聲音確認(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，順利通過了1.7U0交流耐壓試驗。

1 故障接頭解剖后的檢查情況

1.1 外觀檢查

（1）對預(yù)制橡膠絕緣件外觀進行檢查。預(yù)制橡膠絕緣件編號為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)電膠過渡良好，無起膠、毛刺、臺階等缺陷。但故障點位置已經(jīng)被燒損，無法判斷。

圖1 預(yù)制件外半導(dǎo)電連通端處擊穿

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

圖2 有向電纜半導(dǎo)電斷口的爬電通道

圖3 擊穿點開裂

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，無法復(fù)核工藝要求的彎曲度。現(xiàn)采用400 mm長鋼尺，輔助測量電纜平直程度：擊穿點位置，測得最低點為5 mm，而在擊穿點對側(cè)位置（即電纜旋轉(zhuǎn)180°后測量），電纜最低點為1 mm。可見電纜彎曲嚴(yán)重，擊穿點位置靠近電纜的凹位。

（2）電纜開線尺寸復(fù)核。在工藝標(biāo)準(zhǔn)中，要求電纜開線尺寸為線芯72°-0.5mm，半導(dǎo)電斷口372±1 mm。由于線芯壓接，無法復(fù)核線芯和斷口的尺寸，現(xiàn)測量兩端半導(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），分別測得電纜兩端半導(dǎo)電斷口距離分別為770 mm和768 mm，相差不大；在故障側(cè)，測得半導(dǎo)電與絕緣端部的距離最低點和最高點分別為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)電過渡良好，斷口尺寸高低點范圍超過±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。測量預(yù)制橡膠絕緣件的尺寸，主體全長870 mm，兩邊應(yīng)力錐平直長度為93 mm，中間屏蔽管平直長度為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，實測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。

從擊穿點的位置分析，最可能存在的故障原因有如下兩點。

（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)電膠過渡位置，可能有起膠、溢膠、臺階、漏膠、氣泡、雜質(zhì)等缺陷。根據(jù)以往對該廠家預(yù)制件的開箱驗收情況看，并無同類缺陷發(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行中出現(xiàn)過熱、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)界面的絕緣強度與界面壓力的關(guān)系曲線，分析電纜預(yù)制件的電場分布情況，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)電斷口過渡處，且位于端部邊沿處界面壓力較低的位置，絕緣強度較薄弱。而此處電場強度較高，擊穿強度約為10 kV/mm（針對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，絕緣強度更加薄弱。而T4位置與擊穿故障點是一致的。

圖4 界面的絕緣強度與界面壓力的關(guān)系曲線

圖5 電纜預(yù)制件的電場分布示意

根據(jù)施工記錄，該故障接頭組裝完畢到竣工試驗長達(dá)6個月之久，因為這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，時間≥12 h。

3 結(jié)語

通過對該高壓電纜故障接頭的解體檢查、數(shù)據(jù)測量，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)識到這一點，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，才能確確實實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)防性試驗規(guī)程》［S］.北京：中國電力出版社，2015.