一起35 kV 交聯聚乙烯電纜終端故障原因分析

陳玉峰，周 平，萬 麒

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

交聯聚乙烯電纜因結構簡單、電氣性能和耐熱性能穩定、抗腐蝕、機械強度高等[1]優點，被廣泛應用。但在使用過程中，因電纜制造、高壓電纜終端制作工藝、機械損傷、系統過電壓擊穿等[2]方面原因，電纜終端絕緣擊穿事故時有發生。文章介紹一起35 kV 交聯聚乙烯電纜終端故障情況，分析故障發生的原因，提出相應的措施，以減少此類事故的發生。

1 某35kV 電力電纜故障情況

2021-12-17 22:44 監 控 系 統 報“35 kV Ⅱ母消弧柜接地告警”“35 kV Ⅱ母消弧柜電壓異常”“35 kV Ⅱ母消弧柜鐵磁諧振告警”“35 kV Ⅱ母CT/PT 斷線/運行異常”等信號。

經停電對故障信號所涉設備進行現場檢查，發現35 kV Ⅱ母電壓互感器柜A 相電纜終端主絕緣擊穿，并對鄰近電壓互感器、電力電纜放電，事故導致柜內三相電壓互感器二次端子燒毀，互感器主絕緣開裂，臨近的B 相電纜外護套及屏蔽層受損，主絕緣未擊穿，事故未發展為相間短路故障。

2 電纜終端檢查情況

本次發生故障的電纜為35 kV 單芯電纜，經對故障電纜外觀檢查，發現絕緣擊穿位置在電纜終端半導電層區域，半導電層區域主絕緣燒毀，銅屏蔽層斷口輕微燒毀，電纜線芯有少量斷股，未全部熔斷，電纜終端附件應力錐大部分燒毀。

經對故障的A 相電纜終端進行解剖檢查，發現電纜主絕緣外表面有明顯的劃痕，劃痕內有少量黑色顆粒物，主絕緣外表面未進行打磨及涂抹硅脂，主絕緣端部斷口切割不整齊，且未進行倒角。經對故障電纜終端銅屏蔽、半導電層剝離長度進行測量，確定故障相電纜主絕緣斷口至銅屏蔽斷口長度為330 mm，主絕緣斷口至半導電層斷口長度為310 mm。對該型電纜終端護套進行測量，確認終端護套全長為340 mm，其應力錐區域在距離護套靠接線端子斷口260～300 mm 的區域，由此可以確定，故障電纜的半導電層與終端護套的應力錐完全未搭接，且中間還存在10 mm 的間隙。

對非故障的B 相電纜終端進行解剖檢查，發現其主絕緣同樣存在有劃痕，劃痕內有少量顆粒物，主絕緣外表面未進行打磨及涂抹硅脂，主絕緣端部斷口切割不整齊，且未進行倒角的情況存在。對電纜終端銅屏蔽、半導電層剝離長度進行測量，確定B 相電纜主絕緣斷口至銅屏蔽斷口長度為300 mm，主絕緣斷口至半導電層斷口長度為280 mm，由此可以確定，B 相電纜終端半導電層與電纜護套應力錐區域有20 mm 的搭接，應力錐端部與銅屏蔽層斷口平齊。

3 電纜故障原因分析

針對此次電纜故障，主要從以下幾個方面分析故障發生的原因：

故障電纜安裝在35 kV 開關柜內，現場環境干燥、無積水，對電纜終端解剖，也未見絕緣受潮跡象，可排除電纜因受潮形成水樹枝最終導致絕緣擊穿的可能。

對A、B 相電纜解剖檢查均發現，電纜主絕緣表面有明顯的刀痕，且刀痕內有黑色顆粒物存在，且主絕緣表面未進行打磨，且未涂抹硅脂。電纜主絕緣劃傷會產生空氣間隙，在電纜運行時會導致絕緣層表面電場分布不均，嚴重時導致放電、異常溫升等情況，加速絕緣老化。電纜主絕緣表面未打磨，會導致半導電顆粒附著在主絕緣表面，形成懸浮電位，導致放電故障。

通過對比該型號電纜終端制作說明書，故障A相的銅屏蔽層、半導電層的剝切尺寸不符合要求，故障點為電纜終端高介電常數應力錐與半導電屏蔽層搭接區域，應力錐采用半導電材料制成喇叭口結構，延續電纜的半導電層，外加絕緣，改善屏蔽層斷口的場強分布[3]，原理如圖1、圖2。

圖1 無應力錐時的電場分布

圖2 有應力錐時電場分布

故障電纜終端由于剝切尺寸的錯誤，導致電纜半導電層與應力錐完全未搭接，且兩者之前還存在10mm 間隙，破壞了應力錐與主絕緣的緊密配合和電場分布，使應力錐失效，造成電纜半導電屏蔽層處電場畸變，過高的電場強度導致電纜在運行過程中產生局部放電，加速絕緣老化，最終導致電纜半導電層區域絕緣擊穿。

4 結論及措施

綜上所述，電纜主絕緣割傷、電纜半導電層與應力錐未搭接、電纜終端制作時半導電層剝切錯誤等多項工藝不達標，是此次故障發生的主要原因。

提高電纜終端安裝質量，減少電纜終端故障的發生，可采取以下幾個方面的措施：

（1）加強電纜終端制作人員的技能培訓，提高作業人員的技能水平。

（2）為電纜終端制作建檔，檔案內容包括電纜制作人信息，電纜制作過程中關鍵節點照片或電纜終端制作全程視頻。

（3）研究運用局放測量、X 光等技術手段，對電纜終端制作工藝檢查及判斷電纜終端運行工況方面的應用。