220kV電纜終端擊穿故障分析

龐鍇　白銀浩　劉博

摘 要：針對一起220kV電纜終端擊穿故障，結(jié)合解剖檢查，筆者分析認為，故障原因為應力錐安裝工藝質(zhì)量不佳，造成應力錐與電纜接觸面位置存在局部放電，持續(xù)作用下造成電纜絕緣和應力錐絕緣老化且絕緣強度下降，最終導致電纜擊穿，由此提出相應的防范措施。

關鍵詞：電纜終端；應力錐；絕緣擊穿

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0070-03

Analysie of Terminal Breakdown Accident for 220kV Cable

Pang Kai1 Bai Yinhao1 Liu Bo2

（1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；

2.Henan EPRI Gaoke Group Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper analysed a terminal breakdown accident of a 220 kV cable. Based on the strpped and checked terminal， the reason of cable breakdown was caused by the poor quality of installation technology which result of partial discharge between stress cone and the interface of power cable. The insulation strength of power cable and stress cone was reduced by the continued partial discharge with the aging of parts. Preventive measures were proposed .

Keywords： power cables terminal；stress cone；insulation breakdown

1 電纜終端故障情況

2016年3月18日，某220kV架空電纜混合線路跳閘，維修人員經(jīng)過巡視，確定故障點為電纜區(qū)段的A相電纜頭。該段電纜長度150m，電纜、電纜頭為普瑞司曼電纜有限公司產(chǎn)品，電纜終端頭型號為：TES245/113，電纜型號：JLW03-127/220-1*1200。通過外觀檢查發(fā)現(xiàn)，電纜擊穿點、應力錐傘裙處放電損壞點，按安裝尺寸復原，位置相符，見圖1。接地箱、接地線未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

2 解剖檢查

2.1 解剖前檢查

應力錐擦拭清理后，發(fā)現(xiàn)應力錐頂端附近的表面存在長期局部放電，呈“電樹枝”狀的爬電痕跡，但未貫通，見圖2。

應力錐頂端和傘裙處（遠離應力錐擊穿點）發(fā)現(xiàn)有兩處斑點，筆者分析認為是燃燒的硅油散落造成點燒傷，不是放電痕跡，見圖3。

應力錐半導體層（靠近銅屏蔽位置）表面有裂紋且內(nèi)部有碳黑擊穿痕跡，附近傘裙處有兩道裂紋，內(nèi)表面有明顯老化現(xiàn)象和少量碳黑，見圖4。筆者分析認為，擊穿瞬間，短路電流在此處擊穿應力錐半導體層，沿銅屏蔽（地電位）方向閃絡貫通。

2.2 解剖檢查

解體應力錐，以分析放電路徑，查找擊穿原因。

2.2.1 對剖檢查。清理后發(fā)現(xiàn)應力錐（擊穿側(cè)）內(nèi)表面明顯擊穿點、碳黑、局部老化現(xiàn)象，另一側(cè)無放電痕跡。半導體層未見明顯剝離現(xiàn)象。擊穿點附近的半導體層呈明顯電流灼燒痕跡。電纜擊穿位置與應力錐擊穿位置基本相符，見圖5。

2.2.2 切片檢查。為確認放電路徑，進行切片檢查，見圖6。放電擊穿位置可以明顯地看到放電通道，并在內(nèi)部有局部放電痕跡。根據(jù)碳黑發(fā)展趨勢，內(nèi)部局部放電開始后，放電沿電場強度方向，向電場強的位置逐漸發(fā)展，其放電路徑如圖7所示。

3 試驗檢查

3.1 切片機械強度試驗

對應力錐切片進行機械強度測試，材料抗張強度、伸長率滿足廠家設計要求，排除因材料機械強度不足對引發(fā)電纜故障的影響。

3.2 應力錐擴張

由于無同型號、同批次備品，廠內(nèi)選取110kV等級應力錐進行了擴張試驗，在其內(nèi)表面設置人工劃痕，用于輔助判斷產(chǎn)品出廠前是否存在缺陷。在內(nèi)部用刀劃出痕跡后，按安裝過程，用PVC管擴張，放置約40min，應力錐裂開，表明材料如存在細小裂紋，應力錐將在較短時間內(nèi)發(fā)生開裂。由于該線路運行已達6年，因此排除了故障應力錐本身產(chǎn)品質(zhì)量問題對引發(fā)電纜故障的影響。

4 故障原因分析

通過解體檢查、試驗結(jié)果，筆者推斷故障原因可能有以下幾點：①應力錐安裝過程中，由于工裝表面不凈或操作不當，對應力錐內(nèi)表面造成損傷；②電纜絕緣層打磨后仍存在毛刺、不平整現(xiàn)象；③電纜屏蔽層或銅屏蔽雜質(zhì)未清理干凈，遺留在應力錐內(nèi)。

上述原因均會導致應力錐與電纜接觸面位置，因為電場畸變，持續(xù)局部放電，從而造成電纜絕緣和應力錐絕緣老化且絕緣強度快速下降，最終導致電纜擊穿。

此外，解體檢查中還發(fā)現(xiàn)，應力錐頂端附近的表面呈“電樹枝”狀的爬電痕跡，但未貫通，切片結(jié)果顯示爬電深度約2mm左右，表明是長期局部放電作用而不是瞬間放電造成，但肯定是應力錐表面存在雜質(zhì)，引發(fā)爬電。隨著時間推移，一旦爬電貫通，也會導致電纜終端故障，甚至爆炸。

綜述所述，由于廠家在電纜終端安裝施工環(huán)節(jié)中，工藝質(zhì)量差、防塵、清潔控制不到位，是造成本次電纜故障的主要原因。

5 措施建議

電纜終端的制作、安裝過程對于電纜安全運行起到至關重要的作用，為防止同樣情況再次發(fā)生，筆者建議采取以下措施，來提高電纜終端的安裝質(zhì)量和運行可靠性[1]。

①電纜附件安裝質(zhì)量對電纜安全運行影響很大，建議今后110kV及以上電纜附件安裝或維護前，采取絕緣油檢測，附件安裝過程關鍵點留存影像資料等措施。

②工作人員要加強電纜終端紅外測溫，定期檢查電纜終端的引入段電纜、外殼接地線、GIS法蘭盤面，并與設備運行參數(shù)（如負載電流、運行方式）及環(huán)境數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)異常，適當縮短監(jiān)測周期（正常狀態(tài)一年一次，異常情況3個月或密切監(jiān)測（一兩周復測））。

參考文獻：

[1]陳鑫水.220kV電纜GIS終端故障原因分析及處理[J].廣西電力，2012（1）：46-49.