一起基于紅外圖像的高壓電纜終端異常發(fā)熱缺陷分析

羅汪彬，謝 維，徐宏斌，陳 鴻，陳 偉

（福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門361000）

紅外監(jiān)測技術運用在電纜運行管理領域已有多年，從最初的使用點式測溫儀對電纜連接點的簡單溫度讀取，到目前已得以廣泛運用的非致冷型焦平面紅外熱像儀對全部被測物體進行溫度數(shù)據(jù)采集[1,2]，從220kV至10kV的多層次電纜管理得到普及運用。紅外監(jiān)測技術對發(fā)現(xiàn)由電流致熱型缺陷引起的接點發(fā)熱和由于電壓致熱型缺陷引起的絕緣隱患有比較明顯的優(yōu)勢[3]，同時由于其非接觸、不停電、不解體的工作方式，能夠最大限度地發(fā)現(xiàn)并確診缺陷[4]，使得對電纜設備的壽命檢修成為可能[5]。在當前電力供應比較緊缺的情況下，確保電網(wǎng)穩(wěn)定，提高運行經濟效益，降低維修成本，將缺陷隱患消滅在萌芽狀態(tài)具有積極意義[6]。

1 缺陷線路情況介紹

福建省廈門市110kV將軍祠變電站110kV禾將I回、110kV禾將Ⅲ回復合套管終端系2018年12月安裝，缺陷電纜110kV禾將I回、110kV禾將Ⅲ回為純電纜線路，如圖1所示。

圖1 電纜系統(tǒng)圖

2 缺陷問題描述

2021年7月12日，工作人員在日常巡視中發(fā)現(xiàn)將軍祠變電站110kV禾將Ⅰ、Ⅲ回110kV復合套管終端存在個別相終端套管、接地連接處發(fā)熱的問題。于當日夜晚使用紅外熱成像儀觀測110kV禾將Ⅰ、Ⅲ回110kV復合套管終端，發(fā)現(xiàn)：禾將Ⅲ回A、B相終端復合套管最下端的傘群根部有亮斑（背光側），其中A相溫度較高，現(xiàn)場測量套管表面最高溫度為37.2℃（套管溫度約為29.2℃），如圖2(a)；110kV禾將Ⅲ回C相終端接地連接處有大面積亮斑，現(xiàn)場測量接地連接處表面最高溫度為34.2℃，如圖2(b)；110kV禾將Ⅰ回B、C相終端復合套管最下端的傘群下端有幾處不規(guī)則分布的亮斑（向光側），如圖2(c)和圖2(d)所示。根據(jù)紅外熱成像儀觀測結果，套管表面發(fā)熱位置分布呈現(xiàn)不規(guī)則性，初步判斷為終端套管表面積污導致套管表面發(fā)熱。

圖2 復合套管終端紅外熱成像

電纜運檢中心接到反饋后，電纜運維人員在2021年07月13日，白天對將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進行測溫，未發(fā)現(xiàn)發(fā)熱情況。因廈門7月為夏日高溫期，白天日照及高溫影響，日間測溫無法真實反映設備情況。于2021年07月13日20∶30，電纜運檢中心運維人員對將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進行測溫。從測溫結果發(fā)現(xiàn)110kV禾將Ⅰ回101電纜終端B、C相終端底部確有存在異常發(fā)熱。發(fā)熱溫度為B相發(fā)熱38.3℃及C相發(fā)熱40.8℃，A相溫度正常。

電纜運檢中心人員隨即對110kV禾將Ⅲ回電纜終端進行測溫。發(fā)現(xiàn)110kV禾將Ⅲ回電纜終端A相終端底部發(fā)熱49.1℃，B相終端底部發(fā)熱42℃。

110kV禾將Ⅲ回電纜終端C相終端底部接地線密封處部位發(fā)熱38.6℃。

電纜運檢中心聯(lián)系原電纜終端供貨廠家對此進行核實。2021年07月14日20∶30，電纜運檢中心運檢人員與終端廠家對將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進行測溫，結果如下：

110kV禾將Ⅲ回A、B相終端復合套管最下端的傘群根部有亮斑（背光側），其中A相溫度較高現(xiàn)場測量套管表面最高溫度為37.2℃（套管溫度約為29.2℃）。

禾將Ⅲ回C相終端接地連接處有大面積亮斑現(xiàn)場測量接地連接處表面最高溫度為34.2℃。

禾將Ⅰ回B、C相終端復合套管最下端的傘群下端有幾處不規(guī)則分布的亮斑（向光側）。

根據(jù)紅外熱成像儀觀測結果，套管表面發(fā)熱位置分布呈現(xiàn)不規(guī)則性，初步判斷為終端套管表面積污導致套管表面發(fā)熱。

3 缺陷問題處理

3.1 帶電清掃

2021年7月15日上午，電纜運檢中心協(xié)同輸電室?guī)щ姲鄬④婌糇?10kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜進行帶電清掃，清掃措施為采用帶電動掃把的絕緣桿對終端底部進行帶電清掃。完成帶電清掃后，立即對110kV禾將Ⅰ、Ⅲ回電纜終端相進行復測，但由于收到陽光照射的影響，套管向光側以及金屬支架的溫度較高，對紅外熱成像儀的測試結果產生了較大的影響，在熱成像儀中無法明顯看到特征發(fā)熱位置的局部特征亮斑。

2021年7月15日20:30，電纜運檢中心再次對110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進行測溫。

110kV禾將Ⅲ回A相終端在清掃后發(fā)熱處最高溫度為35.7℃（套管溫度31℃）。

110kV禾將Ⅲ回B相、禾將Ⅰ回B、C相終端發(fā)熱處最高溫度無明顯降低。

3.2 電纜終端套管更換及處理

2021年08月23、24日，電纜運檢中心對110kV禾將Ⅲ回A相電纜終端進行更換處理，對C相接地線密封處進行開剝檢查，對B相終端進行清掃。情況如下：

110kV禾將Ⅲ回A相電纜終端被拆解，并更換套管。

在對110kV禾將Ⅲ回A相電纜終端拆解后發(fā)現(xiàn)：

絕緣填充劑清澈、透明、無雜質，未發(fā)現(xiàn)潮氣侵入痕跡。復合套管內壁無臟污、黑點、放電燒蝕等痕跡。應力錐罩內外表面光滑、白皙、無臟污，無肉眼可見黑點、劃痕、放電燒蝕等痕跡。

應力錐表面光滑，無肉眼可見缺陷、黑點，無放電燒蝕痕跡。

電纜絕緣表面光滑，無肉眼可見刀痕，半導電口打磨光滑平整，電纜無肉眼可見放電燒蝕痕跡。

綜上所述，初步判斷該相終端套管表面發(fā)熱原因不是由終端內部引起，而是套管外表面臟污引起。在更換一套全新的復合套管終端后，對A相電纜終端進行復原。

對110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處進行開剝。

廠家人員在拆解110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處過程中發(fā)現(xiàn)：

拆除熱縮管后有發(fā)現(xiàn)潮氣進入的痕跡。

拆除防水帶后發(fā)現(xiàn)終端與電纜接地連接處的銅編織地線有銹蝕痕跡。

拆除銅編織地線后發(fā)現(xiàn)電纜金屬護套表面有氧化銹蝕痕跡。

綜上所述，判斷110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處發(fā)熱的原因是接地連接處密封失效，導致潮氣侵入，氧化了接地連接處的銅編織地線和電纜金屬護套表面，造成接觸電阻增大，導致接地連接處發(fā)熱。基于該問題，廠家人員在恢復接地方式后，在原接地位置增加一根軟地線連接到尾管接線孔處，然后在接地連接位置外側纏繞4～5層環(huán)氧玻璃絲帶（增加一道密封），環(huán)氧玻璃絲帶外側纏繞若干層防水帶（增加密封可靠性），防水帶外側纏繞兩層鎧裝帶（外部機械防護），最后，在鎧裝帶外側包覆黑色阻燃膠帶，至此完成該相終端接地連接處的處理。

4 發(fā)熱原因分析

4.1 電纜終端復合套管終端結構剖析

110kV復合套管戶外終端（WYJZWFY464/110kV）結構如圖3所示。

根據(jù)現(xiàn)場紅外成像儀探測的套管及接地連接處的發(fā)熱位置（套管發(fā)熱位置）。從圖3中可以看出復合套管表面發(fā)熱位置與應力錐安裝位置處于同一高度，由于應力錐是電纜終端的電應力控制的核心部件，承擔著疏散電纜半導電斷口電應力集中的功能，該項功能決定了該電纜終端系統(tǒng)中，應力錐位置及其附近的電場強度要高于終端其他位置電場強度，這也將導致應力錐附近位置的溫度要略高于終端其他位置。若圖中套管標記位置表面有污穢沉積，則污穢區(qū)域會改變套管表面的電場分布，特別是污穢區(qū)域的邊界處電場會發(fā)生嚴重畸變，進一步加劇套管標記位置表面的發(fā)熱。

圖3 電纜終端結構

接地連接處為終端尾管與電纜鋁護套連接部位（接地線發(fā)熱部位），該部位的連接方式為焊接編織地線的方式。若編織地線與尾管或電纜鋁護套之間連接不緊密導致虛接，則會引起該部位連接發(fā)熱；若電纜鋁護套與銅編織地線搭接處發(fā)生氧化，導致虛接，也是引起該部位連接發(fā)熱原因之一。

分析電纜在此處擊穿的原因，是中間接頭安裝時，在處理電纜的過程中，剝除電纜阻水緩沖層時，美工刀對電纜造成了局部輕微劃傷，因為劃傷較輕且可能位于電纜放置的下方位置，未進行認真檢查，從而使電纜帶缺陷運行。

分析電纜在此處擊穿的原因，是中間接頭安裝時，在處理電纜的過程中，剝除電纜阻水緩沖層時，美工刀對電纜造成了局部輕微劃傷，因為劃傷較輕且可能位于電纜放置的下方位置，未進行認真檢查，從而使電纜帶缺陷運行。

4.2 電纜終端復合套管終端結構剖析

針對電纜終端套管發(fā)熱原因，建立110kV復合套管終端的仿真模型（二維旋轉軸對稱模型），通過仿真對比套管表面無污穢和有污穢套管表面電場強度大小來進行佐證。其中仿真電壓為64kV。

110kV復合套管終端無污穢套管表面電場分布結果如圖4所示。從仿真結果可以看出，套管表面最大電場處出現(xiàn)在套管最下端傘群根部，大小為0.26kV/mm。

圖4 復合套管終端表面電場分布

當人為地在套管最下端傘群根部附近增加一層厚度為0.1mm的污穢區(qū)域，其仿真結果如圖5所示。從仿真結果中可以看出，在污穢區(qū)域邊界處的電場強度最大，可達2.31kV/mm，與無污穢的終端相比，該部位電場強度增大了將近10倍。

圖5 增加污穢后的復合套管終端表面電場分布

5 防范建議

110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處發(fā)熱的原因是接地連接處密封失效，導致潮氣侵入，氧化了接地連接處的銅編織地線和電纜金屬護套表面造成接觸電阻增大，導致接地連接處發(fā)熱。結論為廠家施工人員施工質量問題。

再對比廠家提供的電纜終端仿真分析結果可以判定為電纜終端表面積灰造成電纜終端底部發(fā)熱。

加強電纜終端驗收管理，對電纜終端施工安裝記錄及關鍵部位拍照留底的管控措置進行嚴格要求[7]。在條件允許的情況下，對電纜終端、電纜中間接頭關鍵部位施工安裝進行旁站，對施工質量進行嚴格把關。建議今后對戶外復合套管終端進行有計劃的停電清洗或者帶電水沖洗。