一起110kV整體預(yù)制式EPDM電纜中間接頭故障分析

摘要：通過對(duì)發(fā)生故障的110kV整體預(yù)制式EPDM電纜中間接頭進(jìn)行解剖，分析、判斷故障原因是整體預(yù)制絕緣件內(nèi)應(yīng)力錐存在制造工藝缺陷。在竣工耐壓試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)電場(chǎng)過度集中導(dǎo)致應(yīng)力錐缺陷部分與絕緣件內(nèi)導(dǎo)體屏蔽間絕緣擊穿。

關(guān)鍵詞：整體預(yù)制式；中間接頭；故障分析

隨著城市的發(fā)展，電力電纜由于其占地面積少，不影響城市景觀等優(yōu)勢(shì)，逐漸取代市區(qū)內(nèi)架空線路，新投產(chǎn)電纜線路日趨增多[1]。但由于電纜及附件制作過程復(fù)雜，施工要求高[2-4]，隨著電力電纜投產(chǎn)數(shù)量的增加，電纜附件故障也有增長趨勢(shì)。其中在2012年，深圳地區(qū)就發(fā)生了3起在竣工耐壓試驗(yàn)時(shí)絕緣擊穿的接頭故障。因此，針對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行深入分析，找到故障原因，采取有效措施降低故障率，對(duì)維護(hù)電力電纜工作的良好運(yùn)營非常有必要。

1 線路概況

2012年6月，某新建110kV電纜線路進(jìn)行竣工耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)前測(cè)量絕緣電阻為30000MΩ，諧振頻率設(shè)置為36.74Hz，然后手動(dòng)增加電壓，當(dāng)增至90kV（1.4Uo）時(shí)試驗(yàn)設(shè)備裝置突然跳閘并顯示放電保護(hù)動(dòng)作，B相接地故障；對(duì)全線進(jìn)行故障點(diǎn)查找，發(fā)現(xiàn)#2工井中間絕緣接頭發(fā)生放電擊穿。

該電纜線路由一段于2011年7月投產(chǎn)的電纜和新建一個(gè)交叉互聯(lián)段組成，全長2.43千米。故障接頭位于新建交叉互聯(lián)單元，故障接頭型號(hào)為YJJJI2-64/110-1×800，整體預(yù)制絕緣件材料為EPDM（三元乙丙橡膠）；全線采用管、溝敷設(shè)，中間接頭為進(jìn)口產(chǎn)品。

2 故障分析

2.1 整體預(yù)制絕緣件結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過程

整體預(yù)制絕緣件由兩側(cè)應(yīng)力錐、中間內(nèi)嵌導(dǎo)體屏蔽和上述兩者間的絕緣部分以及外屏蔽構(gòu)成，如圖1所示。

EPDM整體預(yù)制絕緣件的生產(chǎn)過程主要由以下兩個(gè)步驟完成：

⑴分別生產(chǎn)半導(dǎo)體屏蔽罩部分及兩側(cè)應(yīng)力錐；

⑵將半導(dǎo)體屏蔽罩部分及兩側(cè)應(yīng)力錐安裝于總裝模具，高壓注射絕緣膠，并進(jìn)行硫化，形成整體預(yù)制絕緣件。

2.2 解剖過程

⑴故障前后，中間接頭的玻璃鋼保護(hù)殼完好無損，打開玻璃鋼保護(hù)殼并去除防水膠，中間接頭銅套保護(hù)殼完好（如圖2所示）；

⑵將銅保護(hù)套去除，清除銅屏蔽網(wǎng)和絕緣膠帶并做清潔，可見整體預(yù)制絕緣件的絕緣端部有一開裂長孔，長徑方向40mm，短徑方向10mm（如圖3所示）。

⑶將整體預(yù)制絕緣件解剖開，可見自導(dǎo)體銅屏蔽罩往電纜外半導(dǎo)電端口的電纜絕緣表面有一淺凹痕（如圖4所示），但未到達(dá)電纜外半導(dǎo)電屏蔽端口，導(dǎo)體銅屏蔽罩端部有一長徑約3mm的凹坑；

⑷去除導(dǎo)體銅屏蔽罩，復(fù)核安裝尺寸，結(jié)果顯示符合安裝要求（如圖5所示）。

⑸將整體預(yù)制絕緣件解剖開，可見在導(dǎo)體屏蔽端面內(nèi)側(cè)約17mm處起開裂至應(yīng)力錐端面，整個(gè)開裂面沒有嚴(yán)重的燒損痕跡（如圖6所示），圖3所示整體預(yù)制絕緣件的絕緣端部有一開裂長孔對(duì)應(yīng)于圖4左側(cè)應(yīng)力錐處。

⑹將整體預(yù)制絕緣件解剖開，在非故障側(cè)的應(yīng)力錐，可以看到明顯的三處缺陷兩種類別（如圖7所示）。缺陷1、3為嚴(yán)重缺陷，絕緣膠侵入應(yīng)力錐內(nèi)部，將應(yīng)力錐錐面曲線截?cái)啵纬蓛蓚€(gè)非常尖銳的斷口；缺陷2從外部侵入應(yīng)力錐內(nèi)部形成一個(gè)小凹坑，未穿越應(yīng)力錐曲面，不影響應(yīng)力錐錐面曲線。

⑺沿預(yù)制絕緣件開裂處進(jìn)行剖切，可見應(yīng)力錐弧線中部起，往半導(dǎo)體屏蔽管方向有一明顯的擊穿通道。同時(shí)，在距半導(dǎo)體屏蔽管部約2mm處，有一個(gè)長徑約2.3mm的黑色焦物，該黑色焦物的周邊絕緣未有被損痕跡，因此可確認(rèn)黑色焦物為產(chǎn)品生產(chǎn)過程中剩留在絕緣中的雜質(zhì)（如圖8所示）。

2.3 原因分析

首先，從解剖情況看，整體預(yù)制絕緣件內(nèi)表面在應(yīng)力錐起角線與半導(dǎo)體屏蔽管端部未存在嚴(yán)重的燒蝕，而整個(gè)表面開裂，應(yīng)力錐部分開裂穿透；應(yīng)力錐往半導(dǎo)電屏蔽管部分開裂深度也幾近穿透程度；同時(shí)電纜的表面也僅表現(xiàn)為輕微的淺凹痕，該淺凹痕自半導(dǎo)體屏蔽管端部起往應(yīng)力錐方向未達(dá)應(yīng)力錐起角線，無完整電纜絕緣表面或整體預(yù)制絕緣件的內(nèi)表面放電通路；擊穿通道位于整體預(yù)制件的絕緣內(nèi)部，為內(nèi)絕緣擊穿。

其次，從非故障側(cè)應(yīng)力錐存在嚴(yán)重缺陷現(xiàn)象可以判斷，在高壓注射絕緣膠的生產(chǎn)過程中，故障側(cè)應(yīng)力錐也可能存在如圖7所示的缺陷2類型缺陷，絕緣膠侵入應(yīng)力錐改變應(yīng)力錐曲線，該處存在尖角。加壓后該缺陷處電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，在試驗(yàn)電壓下即發(fā)生擊穿。從圖8可見在擊穿通路附近有雜質(zhì)，也可能存在雜質(zhì)附著于應(yīng)力錐表面，加壓后該雜質(zhì)處電場(chǎng)很強(qiáng)，雜質(zhì)首先被擊穿，從而導(dǎo)致在試驗(yàn)電壓下整體預(yù)制件的絕緣內(nèi)部擊穿。事故發(fā)生后，該類缺陷隨故障燒蝕而消失，變成故障通路。

綜上分析，此次故障是由于整體預(yù)制絕緣件存在嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，雜質(zhì)或絕緣膠侵入應(yīng)力錐，使應(yīng)力錐曲面受損，形成尖銳端部，竣工試驗(yàn)時(shí)在高電壓作用下缺陷處的電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，并引起電場(chǎng)集中造成局部放電，繼而發(fā)展形成貫穿性導(dǎo)電通道造成絕緣擊穿。

3 結(jié)束語

產(chǎn)品質(zhì)量問題和安裝質(zhì)量問題仍是當(dāng)前電纜故障的主要原因，為減少由于產(chǎn)品質(zhì)量造成的電纜故障，首先，附件生產(chǎn)廠家應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)過程中半成品質(zhì)量的中間檢測(cè)管控，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行耐壓試驗(yàn)及局放試驗(yàn)，有效地發(fā)現(xiàn)存在缺陷的產(chǎn)品，杜絕存在缺陷的產(chǎn)品出廠。其次，供電企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)竣工驗(yàn)收工作，嚴(yán)格把關(guān)，杜絕帶缺陷設(shè)備投入運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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