110kV電纜附件（中間接頭）主體擊穿故障分析及改進

摘要：近年來，廣州電網發生的事故及故障統計結果表明，電纜本體制造質量、附件的結構或制作不良、外力破壞是導致高壓電纜附件事故及障礙的三大原因，本文針對110kV電纜附件（中間接頭）主體擊穿故障進行分析并提出改進措施。

關鍵詞：110kV電纜附件 擊穿 局部放電 工頻電壓 改進

1 事件概述

2012年廣州供電局有限公司多條110kV線路在線路竣工驗收時，110kV電纜附件的耐壓試驗出現異常，經核實發現異常原因為110kV電纜接頭主體發生擊穿故障。發生故障后，我局組織與供應商一并進行了解體檢查，檢查結果如下：

1.1 外部保護情況：三個接頭解剖開玻璃鋼外殼，銅外殼的安裝，地線的連接，以及灌注防水絕緣膠等都滿足工藝要求。

1.2 擊穿現象：去掉銅外殼，切除掉接頭主體上纏繞的絕緣帶及屏蔽銅網后發現主體有擊穿故障點。

1.3 安裝工藝尺寸：解剖開接頭主體，對電纜開剝尺寸以及斷口和絕緣的打磨處理、壓接導體后導體間的長度、搭接尺寸等進行檢查測量后，各尺寸基本符合安裝工藝要求。

2 供應商生產過程追溯及問題排查

故障產品解體后，我局組織供應商對其產品原料檢驗、生產工藝和試驗設備等各方面進行了排查，結果如下：

2.1 經供應商對故障接頭原料、生產過程、出廠檢驗進行追溯，原料為“xxx”液體硅橡膠，進廠檢驗物理性能、電性能均合格；生產工藝穩定，符合要求；產品出廠試驗滿足GB11017中出廠試驗的要求。

2.2 供應商所采用的xxx硅橡膠材料具有優越的絕緣性能，體積電阻率≥1015Ω.cm，1mm厚硅橡膠材料能耐受電壓≥23kV實測值26.86kV。同時其110kV中間接頭經過了出廠試驗：局部放電試驗96kV下未檢測出超出背景的放電，工頻電壓試驗160kV/30min，未擊穿，未閃絡。

2.3 通過解剖情況來看，安裝工藝、電纜開剝尺寸及處理以及接頭主體的搭接尺寸等都符合安裝工藝要求。

2.4 從接頭的設計結構上分析，接頭在投入市場前通過了武高所的型式試驗，接頭的設計結構，應力控制曲線得到了論證，并進行出廠試驗“96kV局部放電試驗，160kV工頻電壓試驗”，符合標準要求，并且該供應商的110kV接頭使用至今，產品的原料及結構曲線、絕緣厚度、生產設備沒有更改過，已投運的110kV接頭尚未發生一起運行故障。（下圖為ANSYS有限元軟件對接頭電場分析的結果，表明接頭內部電場分布均勻。）

2.5 2012年該供應商110kV整體預制式中間接頭供貨給國家電網工程的數量有1095套，到2012年12月31為止已安裝的110kV接頭有924套，尚未出現一次運行故障，供應國網的貨物與供應南網的貨物其原材料、生產工藝、人員設備和安裝施工技術均一致。

3 故障原因

后經供應商從設計源頭對接頭生產流程進行梳理，結合益和科石、友好站故障點位置，注意到接頭發生故障的位置均在接頭內置高壓半導體屏蔽電極端部的合模線附近。產品上合模線生產過程中需打磨處理，需要較好的技術要求，打磨不夠，會造成尖端放電；打磨過頭，又在應力控制曲線的圓弧上形成新的尖端，造成局部放電。為了便于產品脫模取出，我們設計的合模線位置位于直線和圓弧的相切點，給打磨工藝造成一定的難度，同時也留下一定的設計隱患。（如右圖）

廣州局三起接頭故障，第一起和第三起是合模線打磨工藝造成的隱患，在出廠試驗中未檢出局放，在竣工試驗128kV時發生局部放電造成擊穿故障，而第二起產品由于采用冷縮工藝，該工藝存在擴張缺陷及產品儲存期的問題，最終形成隱患。

4 改進措施

針對以上問題，經我局技術部門人員與供應商溝通，要求供應商進行認真檢查、完善生產、配套、技術交流、指導安裝各流程環節，并進行如下整改措施：

4.1 提高鋁屏蔽罩標準、提高精度，保證圓整度，無尖端毛刺。

4.2 改進高壓半導體屏蔽的模具結構，消除人為因素帶來的隱患。

4.3 加強產品指導安裝人員技術力量支撐，安裝過程適當增加電纜接頭一定的絕緣裕度。下圖為接頭改后的電場強度計算分析對比：

如圖可見原110kV1000mm2中間接頭應力管端部最高場強4kV/mm，可滿足正常工作電壓要求，改進后應力管端部最高場強下降到3.4kV/mm，比原場強下降15%。原110kV 1000mm2中間接頭應力管水平段與屏蔽層間的絕緣厚度為35±0.5mm，改進后應力管絕緣厚度為40±0.5mm，從圖a和圖b可以看出，改進后的電場分布更佳。

同時供應商也作出承諾提高出廠試驗的標準：“首先按照標準96kV局部放電試驗，然后160kV工頻電壓試驗，最后增加項：降至128kV檢查局部放電合格，方可出廠”，避免發生耐壓后損傷而未發現的情況。

5 結束語

2000年之前，110kV以上XLPE電纜附件幾乎是進口產品一統天下，期間只有限的使用了個別終端及中間接頭的接地保護箱。隨著經濟的發展及城市建設的需要，在應用的預制式、預制組裝式等電纜會采用進口或合資企業產品、主要進口部件配國內配件等，目的是保證電網的安全運行。國內制造企業要積極改進生產技術，努力提高產品質量，國產電纜附件一定會在未來的電網建設中起著越來越大的作用。

參考文獻：

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