一起110kV電纜終端頭爆炸事故原因分析

國(guó)網(wǎng)保定供電公司 沈?qū)W良 喬學(xué)軍 胡保東 劉 威

1.事故情況回顧

1.1 終端頭運(yùn)行情況

該110kV電纜線路全長(zhǎng)12.322km，事故相終端頭掛高約21m。

由于線路切改，需要重新做交流耐壓實(shí)驗(yàn)，該線路3相終端頭均有被從桿塔上拆下，重新吊裝的記錄。

1.2 終端頭故障相外觀檢查情況

查明事故原因?yàn)樵撾娎|B相終端頭絕緣擊穿放電造成（如圖1所示）。

圖1 故障相終端接頭

該相接頭拆下后故障位置清晰照片如圖2所示。

圖2 故障相清晰照片

圖3 剝至金屬護(hù)套照片

從圖2可以看出：

a)絕緣擊穿點(diǎn)在應(yīng)力錐下部，主絕緣上有爬電痕跡；

b)應(yīng)力錐開(kāi)裂，造成從錐底向約60mm的裂縫；

c)金屬護(hù)套端口處的半導(dǎo)電帶沖入應(yīng)力錐下方約25mm。

2.故障相終端頭解剖

對(duì)故障相終端頭進(jìn)行了逐層解剖：

1)剝除電纜外護(hù)套至金屬護(hù)套，如圖3所示，從圖3可以看出金屬護(hù)套距離應(yīng)力錐下邊緣約25mm；

2)剝除金屬護(hù)套至主絕緣半導(dǎo)電層，如圖4所示，測(cè)量絕緣擊穿洞的大小，外直徑25mm，內(nèi)直徑18mm，可見(jiàn)是從主絕緣外側(cè)開(kāi)始放電；

3)測(cè)量主絕緣外半導(dǎo)電層到應(yīng)力錐下邊緣的距離為15mm；

4)剖開(kāi)應(yīng)力錐，放置2小時(shí)后的照片見(jiàn)如圖5所示，應(yīng)力錐壓接半導(dǎo)電層約11mm，可見(jiàn)應(yīng)力錐有壓縮被釋放。

圖4 剝至主絕緣半導(dǎo)電層照片

圖5 靜置后的照片

3.電纜故障原因分析

通過(guò)上述分析可以看出，造成絕緣擊穿的主要原因是應(yīng)力錐半導(dǎo)電層和主絕緣半導(dǎo)電層之間存在縫隙且制作電纜接頭時(shí)的半導(dǎo)電膠帶進(jìn)入應(yīng)力錐下部，兩種因素基本破壞了應(yīng)力錐緊密的絕緣配合和電場(chǎng)分布，該處應(yīng)力錐作用失效，造成縫隙和氣隙處電場(chǎng)集中，過(guò)高的電場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)致該處產(chǎn)生局部放電，逐步導(dǎo)致了絕緣擊穿。

造成應(yīng)力錐半導(dǎo)電層和主絕緣半導(dǎo)電層之間存在縫隙且制作電纜接頭時(shí)的半導(dǎo)電膠帶進(jìn)入應(yīng)力錐下部的原因有兩個(gè)，一是制作時(shí)的工藝尺寸存在問(wèn)題，二是金屬護(hù)套和主絕緣包裹的電纜本體產(chǎn)生移位。

3.1 制作工藝可能存在的問(wèn)題

和廠家提供的安裝說(shuō)明中給出的尺寸進(jìn)行比較，存在如下兩處問(wèn)題：

a)電纜外半導(dǎo)電層端口最高點(diǎn)至應(yīng)力錐底部的距離可能存在問(wèn)題，見(jiàn)圖6。工藝上規(guī)定應(yīng)該為應(yīng)力錐內(nèi)部半導(dǎo)電臺(tái)階至端口的尺寸，本型號(hào)的應(yīng)力錐取搭接40mm，而解剖后的實(shí)際尺寸為未搭接，且距離15mm；為40mm，痕跡和外半導(dǎo)電的倒角坡口完全吻合。可以排除施工時(shí)外半導(dǎo)電層和應(yīng)力錐安裝尺寸上存在問(wèn)題，則可判定應(yīng)力錐和外半導(dǎo)電層在投運(yùn)后產(chǎn)生相對(duì)移位，相對(duì)位移量為55mm。

b)金屬護(hù)套端口至電纜外半導(dǎo)電層端口最高點(diǎn)的距離可能存在問(wèn)題，見(jiàn)圖8。圖紙上要求金屬護(hù)套至外半導(dǎo)電層端口最高點(diǎn)應(yīng)為110mm，解剖后的實(shí)際尺寸和工藝要求相差接近120mm。

圖6 外半導(dǎo)電層尺寸對(duì)比圖

通過(guò)解剖應(yīng)力錐（如圖7所示），可以看到應(yīng)力錐內(nèi)側(cè)的痕跡正好。

圖7 應(yīng)力錐解剖圖

圖8 金屬護(hù)套和半導(dǎo)電層尺寸對(duì)比圖

假如按施工工藝正確來(lái)判斷，金屬護(hù)套相對(duì)外半導(dǎo)電層得相對(duì)位移量應(yīng)該為120mm。單純從外觀上很難判斷金屬護(hù)套的剝切尺寸是否正確，但從圖8所示金屬護(hù)套包住外半導(dǎo)電層的斷口可以判斷引發(fā)絕緣擊穿的主要原因是金屬護(hù)套和絕緣層發(fā)生相對(duì)移位造成。

3.2 吊裝過(guò)程中金屬護(hù)套移位造成

通過(guò)上述分析，可以判斷金屬護(hù)套的相對(duì)位移量在55mm和120mm之間。因?yàn)殡娎|設(shè)計(jì)時(shí)能夠滿足水平落差的要求，所以產(chǎn)生移位的主要原因應(yīng)是在電纜吊裝過(guò)程中產(chǎn)生。

(1)查閱了YJLLW03-64/110kV1×500mm2電纜的質(zhì)量密度為10.17Kg/m。本相電纜以23m計(jì)算，可以得到吊裝時(shí)護(hù)套所承受的重力：

當(dāng)捆綁電纜護(hù)套為受力部位進(jìn)行吊裝時(shí)，金屬護(hù)套和半導(dǎo)電層之間的摩擦力將承受電纜的自重約2339N，這種吊裝方式很可能會(huì)造成金屬護(hù)套的相對(duì)位移。

查看電纜線路施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB 50168，其5.1.10中有如圖9所示的規(guī)定。

從圖9可以看出牽引部位可以是線芯也可以是金屬護(hù)套，也就是說(shuō)國(guó)標(biāo)是允許用牽引頭的方式以線芯為受力部位進(jìn)行牽引的。

圖9 國(guó)標(biāo)中對(duì)牽引部位和牽引強(qiáng)度的規(guī)定

以單相500mm2的銅芯電纜為例，可承受的最大允許牽引力可以用如下公式計(jì)算：

足以承受電纜的自重（護(hù)套質(zhì)量遠(yuǎn)輕于線芯質(zhì)量），且遠(yuǎn)不會(huì)引起線芯拉伸變形，可以采用適當(dāng)?shù)姆绞綘恳€芯來(lái)吊裝電纜終端。

(2)GB 50168中規(guī)定“電纜的牽引速度不宜超過(guò)15m/min，110kV及以上電纜或在較復(fù)雜路徑上敷設(shè)時(shí)，其速度應(yīng)適當(dāng)放慢”，當(dāng)?shù)跹b速度過(guò)快或者起吊時(shí)過(guò)猛都可能會(huì)造成金屬護(hù)套移位；

(3)受電纜終端塔上的電纜固定位置和電纜固定角度限制，在安裝過(guò)程中會(huì)使電纜扭曲受力，減少了金屬護(hù)套和外半導(dǎo)電層之間的摩擦力，進(jìn)一步加劇了金屬護(hù)套位移，為防止扭曲受力，GB 50168中規(guī)定“機(jī)械敷設(shè)電纜時(shí)，應(yīng)在牽引頭或鋼絲網(wǎng)套與牽引鋼纜之間裝設(shè)防捻器”。

4.電纜終端故障防范措施建議

1)嚴(yán)格按照安裝說(shuō)明和規(guī)程要求制做終端頭；

2)盡力避免終端頭的重復(fù)拆卸、吊裝，會(huì)造成電纜最大允許牽引力的迅速下降；

3)起吊時(shí)最好選擇線芯為受力點(diǎn)，且牽引頭與牽引鋼纜之間應(yīng)裝設(shè)防捻器；

4)起吊時(shí)應(yīng)緩慢，不能過(guò)猛，吊裝時(shí)的上升速度緩慢平穩(wěn)，最高速度不能超過(guò)15m/min；

5)建議對(duì)電纜終端頭進(jìn)行局部放電在線檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)終端頭存在的問(wèn)題。