110kV電纜預制式中間接頭缺陷分析及防范措施

羅繼輝+徐明良+李春洋+王錦明

摘 要：電力電纜中間接頭是電纜線路中必不可少的部件，也是影響供電安全的關鍵因素。通過對接頭缺陷的研究分析，有效制訂出質量細節控制要求，杜絕產品缺陷，建立預防外力擊穿的有效措施，提高電力電纜線路的安全性和可靠性。

關鍵詞：110 kV電纜；預制接頭；電纜線路；電纜附件

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.111

隨著國家電力的發展，特別是電力電纜線路的迅猛增長，電纜附件的使用不斷增多，在電纜線路中電纜附件是隨電纜長期等效使用的，與電纜同等重要，是電纜線路必不可少的部件，同樣是電纜線路安全運行的關鍵產品。電纜附件由于涉及電場控制、界面處理、散熱、老化、絕緣等多方面因素，在電力系統中顯得尤為薄弱，電纜附件在生產制造過程中的質量細節控制顯得越來越重要，對產品缺陷的研究分析能夠有效制訂出質量細節控制要求，只要嚴格按工序控制要求去執行，就能杜絕產品缺陷，生產出高品質的產品。提升產品品質固然重要，可產品在周轉、包裝運輸及現場安裝保護的重要性往往易被忽視。據不完全統計，隨著附件使用量的快速增長，出現越來越多的電纜附件故障是由于附件絕緣受到外部破壞，進而造成絕緣下降而引起的擊穿，因此，提升電纜附件產品的周轉過程管理要求和加強保護措施，對降低電纜附件故障率具有積極的意義。本文以110 kV預制式中間接頭應力控制管的合模線缺陷和中間接頭外部刺傷為研究對象，通過仿真、實物試驗驗證的手段，分析了產品缺陷的危害，加強了對生產制造質量細節的控制，對電纜附件周轉過程管理和保護的重要性進行了充分肯定，并提出了防范措施。

1 缺陷模型的設計

1.1 中間接頭應力控制管合模線缺陷

110 kV中間接頭采用幾何結構法即應力錐、應力控制管來解決電場集中問題，從而改善電纜絕緣屏蔽層及線芯連接部位的電場分布。應力錐、應力控制管均通過模具注射成型，這樣制品上必然有合模線存在，為了便于脫模，合模線通常設計在直線段上接近曲線段。此位置場強較為集中，存在合模線需要打磨的情況，特別是中間接頭應力控制管的生產中需要對合模線進行打磨。合模線的處理要求較高的生產技術作為保障，如果不進行打磨或打磨不完全，則易在此位置形成尖端，并發生尖端放電現象，如圖1所示；如果打磨程度過深，則會在應力控制曲線的圓弧上產生新的尖端，導致局部發生放電現象。為此，技術小組設計了中間接頭應力控制管合模線存在的尖端和凹陷2組電場控制缺陷模型。

1.2 中間接頭絕緣受損的缺陷模型

中間接頭的原料是硅橡膠材料，體積電阻率≥1 015 Ω·cm，1 mm厚的硅橡膠材料的耐受電壓大于等于23 kV。接頭尺寸數據表明，中間接頭應力管處絕緣厚度為34 mm，產品經過了嚴格的型式試驗，局部放電試驗在96 kV下未檢測出超出背景的放電，工頻電壓試驗為160 kV/30 min，128 kV電壓下進行20個熱循環，未擊穿、閃絡，充分證明中間接頭的結構設計合理，原材料電氣、物理性能及生產工藝符合技術要求。正常情況下，產品能夠長期、可靠運行。

如果接頭硅橡膠主體受到了外力損傷，34 mm厚的硅橡膠在絕緣不足的情況下有被擊穿的風險。通過有限元分析，距接頭端部130 mm區域場強較弱，場強從應力錐到應力管是逐步增強的，如圖2所示，技術小組設計了距接頭端部160 mm和220 mm位置作外部刺傷模擬驗證試驗。

2 缺陷模型實物驗證試驗

根據設計好的缺陷模型制作了4個有缺陷的中間接頭，即應力管合模線有凹陷、應力管合模線有尖端、距接頭主體端部160 mm處刺傷15 mm深缺陷、距接頭主體端部220 mm處刺傷10 mm深缺陷。分別對4個有缺陷的中間接頭進行了工頻耐壓和局部放電試驗。

2.1 應力管合模線有凹陷缺陷試驗

合模線凹陷實物剖面圖如圖3所示。

試驗環境：溫度31 ℃，濕度77%；試驗室背景噪聲為1.8 pC

試品規格型號：1×800 mm2中間接頭

安裝完成靜置20 min后，按照GB/T 11017標準進行電氣試驗。

試驗順序：①升壓到96 kV，沒有觀察到超過背景值局放，電壓降回到0；②再次升壓到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為1.8 pC。③再次升壓到128 kV，耐壓1 h，試品未擊穿、閃絡。④工頻耐壓后的局放試驗。升壓到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為2.7 pC。⑤工頻耐壓試驗160 kV（1 h），試品未擊穿、閃絡。

安裝完成靜置20 min后，按照GB/T 11017標準進行電氣試驗。

試驗順序及結果：①升壓到96 kV，沒有觀察到超過背景值的放電，電壓降至0；②再次升壓到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為7.2 pC。③再次升壓到128 kV，耐壓1 h，試品未擊穿、閃絡。④工頻耐壓后的局放試驗。再次升壓到

112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為8.8 pC。⑤工頻耐壓試驗160 kV（1 h），耐壓到43 min時試品擊穿。

中間接頭發生擊穿以后，技術小組將接頭進行現場解剖，擊穿點位于接頭應力控制管的缺陷位置范圍，如圖5所示。

通過試驗可以看出，應力控制管合模線凹陷缺陷對電氣性能沒有明顯影響，能順利通過試驗。應力控制管端部的合模線尖端缺陷對產品電性能是有影響的，在檢測中發現局放信號，在160 kV耐壓過程中發生擊穿。

2.3 中間接頭絕緣表面刺傷缺陷試驗

選用2個已通過96 kV局放測試和160 kV耐壓1 h試驗合格的中間接頭作為試品，分別對2個接頭進行刺傷，一個深度為10 mm，一個深度為15 mm，刺傷如圖6所示，最后進行電性能測試。

試驗數據與結果如表1所示，接頭外部擊穿點如圖7所示。

通過試驗可以看出，在接頭主體上有刺傷的情況下，耐壓120 kV以下就會發生擊穿，特別是在應力管上位置區域如果有一定深度的刺傷，則可能在較低的電壓下直接從接頭主體刺傷處擊穿。

3 接頭缺陷試驗結論

應力管合模線尖端、接頭外部損傷，尤其是靠近應力管位置會對接頭產品造成嚴重影響。應提高110 kV電力電纜附件出廠試驗局放、耐壓值要求，有效地檢測出產品缺陷。

4 對中間接頭外部損傷的防范措施

對中間接頭外部損傷的防范措施：①制訂合模線打磨工藝規程，使用高精度設備進行打磨，避免人為因素的影響；采用投影測量的方法對合模線的平整度進行檢查。②將應力主體的電氣試驗要求提高，要求產品在128 kV無局放，160 kV耐壓30 min不擊穿、不閃絡，方可定為合格品。③對生產過程中進行嚴格監控，加強產品周轉管理，設計周轉專用車，并安排專人負責半成品在出廠試驗前后的搬運。④在中間接頭通過電氣性能測試后，馬上清洗并烘干。用真空密封袋進行密封保存。⑤將包裝中間接頭的泡沫加厚，全封閉式包裹，避免運輸過程中的破壞。與運輸公司簽訂責任協議，嚴格要求其確保運輸過程的質量安全。⑥及時清理現場帶有鐵釘、毛刺的木板等材料，避免中間接頭主體在取出清理、安裝過程中被刺傷。⑦增強工程人員的質量意識，在產品安裝前進行嚴格的外觀檢查，盡早發現危險隱患。

5 結束語

通過此次110 kV電纜預制式中間接頭缺陷試驗驗證分析可以發現，電纜附件發生擊穿故障的原因有很多，技術人員分析的關注點往往集中在電纜附件產品本體質量上，尤其是電纜附件的結構設計及材質的性能。電纜附件本體質量直接影響了產品的安全性能，但電纜附件在周轉過程及安裝現場中受到的外部損傷也應引起人們的高度重視。對于目前的電纜線路，人們都比較重視其電氣成效，忽視了它的機械成效。因此，應提高出廠試驗局放、耐壓值要求，加強產品外觀檢查，特別注意產品在周轉、運輸、安裝過程中的防護工作，提高電力電纜線路的安全性和可靠性。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕