一起220kV電纜中間接頭故障原因的分析

深圳供電局有限公司 胡 強(qiáng) 劉浩然 詹威鵬

高壓電纜線路因其占用空間較少、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)而備受城市及供電單位的關(guān)注和認(rèn)可，而其缺點(diǎn)是成本較高、接頭制作技術(shù)較復(fù)雜，并且一旦出現(xiàn)問題就很難找到；同時(shí)由于該故障是毀滅性的，在出現(xiàn)問題時(shí)原有缺陷會損壞，使得尋找故障更加困難。由于電纜及附件的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)余量大，且采用的測試手段也不多，因此采用傳統(tǒng)的絕緣電阻和交流耐壓測試很難發(fā)現(xiàn)潛在缺陷。這些高壓電纜接頭如在城市電力系統(tǒng)主干線路上使用，會對電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性造成極大影響。

1 線路概況及故障情況

某220kV 線路于2007年4月投產(chǎn)，電纜型號為YJLW03-127220kV-Z-1800mm2，線路長度為1715km，電纜為同溝敷設(shè)，全長為三大端，#1、#2、#4、#5為絕緣頭，#3為直通頭，是一個(gè)完整的交叉互聯(lián)段。2007年10月該線路因接地線被盜引起#3接頭故障，搶修共做6個(gè)接頭，新增加三個(gè)直通頭、更換三個(gè)絕緣頭，更換2000mm2三條電纜，于2008年2月?lián)屝尥赀\(yùn)行；2013年1月18日因電力檢修需停電15天，于2013年2月1日恢復(fù)送電，在送電過程中因故障引起該線路#3直通接頭爆炸，此次更換某廠家2000mm2截面14.5米電纜，更換某附件廠家#3直通頭和絕緣頭各一個(gè)。

該線路在停電后恢復(fù)送電的過程中發(fā)生故障，故障相為B 相。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)#3工井有明顯爆炸的痕跡，揭開#3直通頭蓋板可清楚看見B 相接頭爆炸的情況。故障現(xiàn)場爆炸嚴(yán)重，周圍分隔墻及蓋板均有破壞，部門立即召開由各相關(guān)單位人員參加的故障分析會，進(jìn)行故障接頭解剖。經(jīng)外觀檢查發(fā)現(xiàn)：中間接頭外觀嚴(yán)重破損，銅殼被炸裂。接著對接頭外護(hù)套熱縮管檢查：外護(hù)套熱縮管嚴(yán)重破損；熱縮管接口未見異常；防腐罩接地線口未密封。

接頭鉛封檢查：一端鉛封未見明顯異常；另一端已嚴(yán)重破壞；對接頭銅殼檢查：銅殼已嚴(yán)重開裂破損且有進(jìn)水痕跡，銅殼外部局部有銅銹。銅殼內(nèi)部及防水絕緣膠檢查：銅殼內(nèi)部無銅銹；防水膠固化正常。屏蔽等帶材繞包檢查：帶材繞包嚴(yán)重破損。絕緣體位置及絕緣外觀檢查：絕緣體位置發(fā)生偏移；絕緣體外觀嚴(yán)重破損。橡膠絕緣體擊穿位置檢查：擊穿位置嚴(yán)重破損；電纜處理尺寸檢查：絕緣外徑尺寸；絕緣面外觀：電纜本體絕緣未擊穿。

經(jīng)對比附件裝配圖紙，電纜絕緣處理主要尺寸均滿足要求，檢查部位的標(biāo)準(zhǔn)值(cm)/測試值(cm)分別為：壓接管處主絕緣間距21+4/23.2；壓接后兩側(cè)電纜半導(dǎo)電屏蔽層斷口間距67.4±5/66；電纜主絕緣直徑（1800mm2）測試值10.29cm（圖紙無非標(biāo)準(zhǔn)尺寸電纜數(shù)據(jù)，廠家確認(rèn)滿足要求）；電纜主絕緣直徑（2000mm2）10.55/10.83。

通過以上解剖現(xiàn)象，對比絕緣件內(nèi)部應(yīng)力管與電纜絕緣端部接觸痕跡，發(fā)現(xiàn)電纜絕緣處理尺寸滿足要求；了解到故障點(diǎn)在電纜接頭壓接管處，故障發(fā)生在壓接管外的半導(dǎo)電屏蔽帶炸斷，絕緣件被炸裂并位置發(fā)生偏移。通過對線路施工記錄查詢，發(fā)現(xiàn)當(dāng)年線路施工時(shí)天氣較濕、施工環(huán)境較差，且由于天氣耽誤行程進(jìn)度導(dǎo)致施工工期受影響，由此估計(jì)當(dāng)時(shí)施工時(shí)可能存在搶工期導(dǎo)致工藝處理不當(dāng)。經(jīng)解剖檢查，接頭安裝及制造存在以下問題：接頭防腐罩未按要求密封，導(dǎo)致銅殼外部進(jìn)水；絕緣件在1800mm2電纜側(cè)應(yīng)力錐處，絕緣與應(yīng)力錐結(jié)合面有開裂現(xiàn)象，絕緣件內(nèi)腔有預(yù)擴(kuò)展壓痕。此次故障電纜接頭受損嚴(yán)重，擊穿通道幾乎完全破壞，具體故障原因需待進(jìn)一步試驗(yàn)檢測后分析。

2 原因分析

擊穿孔處的絕緣層已經(jīng)被燒掉，而失效部位是否有缺陷的直接成因尚不清楚；在交聯(lián)聚乙烯絕緣中，有電樹、水樹、化學(xué)樹等絕緣損壞機(jī)理，上述三種不同類型的樹在電場的影響下逐漸產(chǎn)生新的電樹，直到絕緣層最終破裂。

接頭內(nèi)部絕緣層中的氣隙缺陷可分為四種形式：一是位于導(dǎo)體內(nèi)部的屏蔽層和絕緣層之間，是一種介電間隙，由導(dǎo)電板內(nèi)部屏蔽層加工而產(chǎn)生，也有一種是由于熔合時(shí)界面沒有完全熔化而產(chǎn)生；二是導(dǎo)體中的絕緣層，其形狀取決于絕緣層的溫度、絕緣交聯(lián)溫度和時(shí)間、模具溫度、成型后的脫氣等工藝；三是絕緣層與屏蔽層之間的界面空隙，這與表面加工的光滑程度有關(guān)系，也可是絕緣層加工中的劃痕和孔洞留有氣隙，當(dāng)涂敷半導(dǎo)電材料時(shí)無法完全去除。

界面突起表現(xiàn)為2個(gè)方面，一是導(dǎo)體內(nèi)部防護(hù)凸出部分突出在絕緣層上，內(nèi)部內(nèi)屏蔽的主要功能是屏蔽導(dǎo)體外部的突起物，避免導(dǎo)體頂端的電場集中，從而導(dǎo)致局部放電損壞絕緣層，如內(nèi)屏蔽措施不當(dāng)、出現(xiàn)突起的導(dǎo)電物就相當(dāng)于導(dǎo)體頂端的毛刺，在工作中也會對絕緣層產(chǎn)生很大的損害，因?yàn)閮?nèi)屏蔽突起位于高電場強(qiáng)度的地方，所以絕緣層的損害形態(tài)通常是球形的；二是在絕熱層中的外屏蔽層突起，工作原理和接地電位一樣，在交流磁場的負(fù)半周時(shí)，在特定的電場強(qiáng)度下會產(chǎn)生放電破壞絕緣層。

導(dǎo)體內(nèi)屏蔽中間接頭的處理難度是最困難的，原來的導(dǎo)體內(nèi)屏蔽層只有2mm 厚，在相互連接時(shí)需用15mm 長的緩沖斜面進(jìn)行焊接。焊接面的端部需處理得非常光滑，如操作不當(dāng)將產(chǎn)生縫隙或凸出，運(yùn)行一段時(shí)間后，一方面可通過間隙釋放電流來逐漸電蝕絕緣，使空隙逐漸增大、即界面氣隙；另一方面，導(dǎo)體突起物也可以頂端放電的方式形成樹狀放電，電蝕絕緣層；隨著時(shí)間的推移，這兩種情形都會產(chǎn)生穿透傳導(dǎo)電通路，從而導(dǎo)致絕緣層發(fā)生故障。

存在界面氣隙。因其位置處于原來的線纜外部屏蔽層，因此在制造線纜時(shí)須去掉原來的絕緣層，在清除時(shí)會出現(xiàn)刀具劃破外屏蔽層的情況，劃痕會造成外屏蔽層上出現(xiàn)微小空隙，或拋光后的面層不夠平滑，而內(nèi)部屏蔽層是高壓線纜的關(guān)鍵部位，尤其是與絕緣層界面接觸的縫隙。在制作電纜的過程中，為克服界面的縫隙，采用內(nèi)部屏蔽層、絕緣層和外部屏蔽層三層共壓的方法，采用復(fù)合式連接方式實(shí)現(xiàn)了對電纜的內(nèi)部屏蔽工藝的嚴(yán)格控制。

擊穿時(shí)絕緣厚度大于電纜厚度，工作運(yùn)行電壓相同。因此，在電場強(qiáng)度分布方面，擊穿時(shí)的電場強(qiáng)度低于電纜；絕緣層的擊穿不受平均場強(qiáng)大小的影響，但擊穿通道中存在一些缺陷。在工頻電壓下，如果施加在缺陷上的電場足夠強(qiáng)、導(dǎo)致缺陷持續(xù)放電，在長時(shí)間放電過程中絕緣層不斷被腐蝕，絕緣層厚度減小直到最后一次擊穿。

3 結(jié)語

初步推斷電纜中間接頭擊穿故障處為壓接管外的半導(dǎo)電屏蔽帶炸斷，絕緣件被炸裂并位置發(fā)生偏移，該缺陷主要是由于工藝處理不當(dāng)造成的。由于該類型的接頭為現(xiàn)場制作，因此不存在產(chǎn)品出廠試驗(yàn)，局部放電試驗(yàn)是檢驗(yàn)電纜及附屬設(shè)備是否能夠長時(shí)間正常工作的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，但由于技術(shù)原因現(xiàn)有的測試項(xiàng)目尚未完成，為此在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行帶電局放測試，雖精度無法與試驗(yàn)室相比擬，但對較大局部放電量是可以測試到的，這在某種程度上可滿足操作狀況監(jiān)控需求。

為防止此類事故的再度出現(xiàn)，須在運(yùn)行期間對高壓電纜和附件進(jìn)行巡視，并對電纜管道的周圍環(huán)境進(jìn)行巡視，并及時(shí)排除管道內(nèi)的積水等問題。主動(dòng)進(jìn)行電力線路的帶電檢查，及時(shí)查找和排除危險(xiǎn)。在溝（井）管結(jié)合的電纜通道中，在施工時(shí)須將電纜中間接頭設(shè)置在較高的位置，并對工作井采用安全的防滲措施，以防止其浸泡在水里。在雨水季節(jié)要頻繁巡查積水的工井，并加大對排澇的管理力度，并在需要時(shí)增設(shè)自動(dòng)排泄系統(tǒng)。