35 kV單芯電纜頭頻繁擊穿故障分析及預防

趙宏寧

(慶陽供電公司，甘肅 慶陽 745000)

2007年，某110 kV變電站35 kV開關柜改造更換后，原鋁排引接的戶內電氣部分全部改為單芯電纜連接。由于電纜敷設安裝設計不到位，施工單位對單芯電纜的制作安裝參照了10 kV電纜基本工藝，運行4年來先后發生電纜頭擊穿故障5起，一度成為影響安全運行的隱患。

1 5起電纜頭擊穿及處理情況

(1)2008年3月，2號主變至35 kV開關柜連接電纜開關柜側B相擊穿爆裂，因開關柜側相間距離較小而傷及A，C相，見圖1。障的主因。對5個電纜頭采用知名品牌的終端材料進行了重新制作，改熱縮材料為冷縮材料。

圖1 2008-03-01開關柜端電纜頭擊穿

圖2 2008-05-29線路端電纜頭擊穿

圖3 2009-01-28線路端電纜頭擊穿

(2)2008年5月，3516饋線穿墻套管側電纜頭C相擊穿，見圖2。

(3)2009年1月，3515饋線穿墻套管側電纜頭C相擊穿，見圖3。為了查明電纜頭頻繁擊穿的原因，檢修單位聘請了國內知名電纜終端附件生產廠技術人員，現場組織了解剖分析，初步確定了電纜頭初次制作工藝不規范及材料質量問題是造成故

(4)2009年2月，3515饋線穿墻套管側電纜頭C相第2次擊穿，見圖4。本次擊穿的電纜頭是2009年1月擊穿后更換的冷縮電纜頭，在制作過程中嚴格控制了工藝、環境及質量，但2次擊穿情況及部位基本一致，反映出爆裂原因與冷縮熱縮材料關系不大。

(5)2010年12月，2號主變至35 kV開關柜連接電纜穿墻套管側B相擊穿，見圖5。情況基本與第1次故障相同。

圖4 2009-02-26主變側電纜頭擊穿

圖5 2010-12-16主變側電纜頭擊穿

2 電纜檢測及運行現狀

為了進一步查清故障重復發生的原因，檢修人員進行了周期性設備紅外線、紫外線成像檢測及巡視工作，歸納總結了以下現象。

(1)電纜頭擊穿故障集中在主變及負荷較大的電纜上。雖然電纜容量完全滿足負荷要求，但故障與流經電纜的電流有關，電流大的故障次數較多。

(2)紫外線成像未發現電纜存在放電部位。

(3)紅外線成像結果表明，大部分電纜頭同一部位(電纜頭半導層切口位置)存在發熱點(見圖6)。雖然檢測溫度不高(約14 ℃)，但發熱點集中且長期存在。

圖6 電纜頭上的發熱點(下側電纜)

(4)電纜金屬護套接地全部采用兩側接地方式，開關柜側是與開關柜配套的插入套管式電纜終端(見圖1)，制作時金屬護套部分與開關柜體自然接地；另一端金屬護套接地采用多股絞線引出，直接與電纜金屬支架連接。

3 單芯電纜金屬護套接地方式分析

通過綜合分析，金屬護套接地方式選擇成為引起電纜故障的懷疑焦點。在電纜施工手冊中，雖然有電纜金屬護套兩端接地的方案，但對于電纜金屬護套兩端接地的缺點，只考慮了護套中的環流對電纜載流量產生損耗的影響。本工程中未考慮傳輸功率因素，將金屬護套全部兩端接地，電纜傳輸容量較大時，金屬護套中的環流作用可能在電纜頭局部產生長期發熱情況，使電纜主絕緣逐漸老化而擊穿。

單芯電纜導體與金屬護套的關系，可以看作是一個變壓器的初級繞組與次級繞組。當電纜運行中導體通過交流電流時，其周圍產生的一部分磁力線與電纜金屬護套交鏈，在金屬護套中產生感應電壓。感應電壓的大小與電纜中流過導體的電流及電纜的排列方式和電纜長度有關。電纜很長時，金屬護套上感應的電壓可能達到危及人身安全的程度。當線路發生不對稱短路故障時，金屬護套上的感應電壓會達到很大值，當線路遭受操作過電壓或者雷擊過電壓時，金屬護套還會形成更高的電壓，導致護層絕緣被擊穿。如果金屬護套兩點接地使其形成閉合回路，金屬護套將產生環形電流。有資料顯示，對220 kV單芯電纜金屬護套兩端接地情況下，低負載測量金屬護套的環形電流，達到導體電流值的45 %。若電纜滿負荷運行或電纜長度更大時，金屬護套中環流及金屬護套電壓都會成比例增加。

雖然對電纜線路短、傳輸功率很小的單芯電纜允許金屬護套兩端接地，以減少維護工作量。但紅外線成像檢測結果表明，金屬護套中環形電流作用在電纜頭終端尾管的接地連接部位所產生的長期發熱情況是實際存在的，這個局部發熱會對電纜頭部位主絕緣造成潛在危害。

另外，35 kV屬于小電流接地系統，該變電站35 kV系統供給的6條線路全部是農網負荷，線路路徑復雜，經常發生線路單相接地引起的非接地相對地電壓升高及線路雷擊過電壓情況，是誘發電纜頭絕緣薄弱部位擊穿的主因。

4 防止單芯電纜頭擊穿的主要措施

(1)通過對同一次制作的電纜頭的工藝檢查，發現大部分初次制作工藝不符合技術要求，主要表現在主絕緣切口不規則，表面打磨粗糙，部分有損傷，半導層剝離處理粗糙等。在選擇國內品牌電纜附件、嚴格控制現場工藝的基礎上，對部分電纜頭進行重新制作。

(2)將所有電纜金屬護套接地改為一側接地。通過反復對比試驗，金屬護套一側接地的電纜頭局部發熱現象明顯改善。同時，對其他2個新投運變電站中壓側采用單芯電纜連接的9條電纜，全部采用金屬護套一側接地方案，運行近2年無異常。

(3)繼續對電纜頭進行定期紅外線、紫外線成像檢查，有條件時開展金屬護套對地電壓測量及環流測量。根據電纜敷設規范，對較長線路的單芯電纜金屬護套，采用一側直接接地，另一側安裝接地保護器的方案。