一起XPLE電纜中間接頭故障解體分析實例

胡泉偉，王榮亮，何 金，孟錚錚，辛曉虎

(1.國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300300；2.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學研究院，天津 300010；3.國網(wǎng)天津市電力公司薊縣供電公司，天津 301900)

出于節(jié)約土地、美化城市、節(jié)省輸電走廊、提高供電可靠性的考慮，電纜在城市電網(wǎng)中迅速普及。以天津地區(qū)為例，其投運的110 kV及以上電纜里程已達500 km以上，而且以每年以20%以上的速度增加。

電纜里程的不斷增加，必然導致電纜故障數(shù)量的增多。目前，電纜制造技術(shù)已十分成熟，電纜本體發(fā)生故障的概率極低[1-4]， 然而電纜中間接頭由于其絕緣結(jié)構(gòu)復雜，現(xiàn)場制作安裝受工藝水平、環(huán)境條件、運行環(huán)境等的影響，長期運行后容易發(fā)生絕緣故障，成為電纜運行的薄弱點[5]。特別是沿海地區(qū)，由于其水位很高，電纜投運后長期浸泡在水中，極易因電纜中間接頭密封不好，導致水進入電纜中間接頭內(nèi)，造成電纜中間接頭絕緣故障，引發(fā)電網(wǎng)事故。

針對天津電網(wǎng)一起電纜中間接頭故障，首先給出了電纜、電纜中間接頭和保護動作的基本情況，然后對電纜中間接頭的解體情況進行分析，找出故障的具體位置，并對故障原因進行分析，最后提出避免此類故障的具體措施。

1 故障線路基本情況

1.1 故障線路介紹

故障線路屬于架空電纜混合線路，從A站2212間隔到B站2215間隔，全長13.954 km，其中電纜長度為2.51 km，電纜型號YJLW03-127/220 kV-1×2 500 mm2，起點為35號塔，終點為A站2212間隔，2007年12月20日投運，電纜線路共4組中間接頭，如圖1所示。

圖1 電纜線路圖

電纜線路和電纜中間接頭制造廠家為同一公司，電纜中間接頭為半預制式(俗稱“背靠背”中間接頭)。電纜中間接頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電纜中間接頭結(jié)構(gòu)

1.2 線路故障保護動作情況

該線路跳閘后，線路兩側(cè)開關(guān)PSL-603和CSC-103B兩套縱聯(lián)電流差動保護動作跳閘，并且重合不良，選B相，站內(nèi)設備檢查無異常。A站測距結(jié)果表明，故障距離A站1.5 km。故障錄波結(jié)果如圖3所示。

故障電流信息和保護動作情況表明，線路A站的對端B站，在發(fā)生故障初，保護最快11 ms動作，70 ms切除故障。重合后，保護最快12 ms動作，最大電流48 kA。A站在發(fā)生故障初，保護最快13 ms動作，70 ms切除故障。重合后，保護最快15 ms動作，最大電流26 kA。

圖3 路障錄波器波形

2 故障位置判斷

在故障發(fā)生后，對架空線路進行了巡視，并未發(fā)現(xiàn)外力破壞痕跡。根據(jù)故障測距結(jié)果判定故障發(fā)生在電纜段，對電纜段三相主絕緣測試，A、C相主絕緣均大于1 000 MΩ，而B相主絕緣趨近于零，因此可以確定B相電纜發(fā)生接地故障。

利用電纜故障測試車在35號塔上對B相電纜進行測試，判定故障點距離35號塔930 m，故障點在2號電纜中間接頭附近。將2號電纜中間接頭B相切除后，利用搖表分別向35號塔側(cè)和2212間隔側(cè)測量B相主絕緣，結(jié)果2號電纜中間接頭至2212間隔間B相電纜主絕緣大于1 000 MΩ，而2號電纜中間接頭至35號塔間B相電纜主絕緣為零，因此在2號電纜中間接頭至35號塔間仍有故障點。利用故障測試車再次對35號塔至2號電纜中間接頭處電纜進行故障查找，在1號電纜中間接頭處可聽到清晰放電聲音，結(jié)合電纜故障多發(fā)生在中間接頭處，確定第二故障點在1號電纜中間接頭處。經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn)，1號電纜中間接頭B相外殼明顯開裂，故障現(xiàn)象明顯，如圖4所示。

圖4 1號電纜中間接頭B相電纜故障外觀

3 解體分析

3.1 1號電纜中間接頭B相解剖結(jié)果

經(jīng)過外觀檢查，1號電纜中間接頭B相電纜防水殼已破損，殼內(nèi)防水膠固化后成蜂窩狀，已經(jīng)嚴重進水。對1號電纜中間接頭B相電纜解剖發(fā)現(xiàn)，絕緣法蘭(IJ)側(cè)銅尾管與鋁護套鉛封處發(fā)生電纜主絕緣擊穿故障，如圖5所示。

圖5 1號電纜中間接頭B相電纜故障點

由于銅尾管和電纜鋁護套封鉛密封不良，直接導致電纜中間接頭內(nèi)部嚴重進水，繼而引發(fā)銅殼和鋁護套之間發(fā)生電化學反應，導致鋁護套被嚴重腐蝕，如圖6所示。

圖6 鋁護套腐蝕圖

3.2 2號電纜中間接頭B相電纜解剖結(jié)果

經(jīng)過外觀檢查，接頭防水殼整體完好，剝離防水殼后，發(fā)現(xiàn)防水膠固化良好。但是，在剝離防水膠及內(nèi)層熱縮套露出內(nèi)部銅殼時，有大量水分流出，如圖7所示。

圖7 銅殼與熱縮套間流出大量水分

打開銅殼發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部銅網(wǎng)帶上有明顯銹蝕跡象，如圖8所示。鉛封最大厚度僅為7.5 mm，取出銅殼內(nèi)應力錐，經(jīng)檢查表面光滑平整，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

圖8 銹蝕銅網(wǎng)

4 故障原因分析

4.1 1號電纜中間接頭B相電纜故障原因分析

根據(jù)解剖結(jié)果分析，由于電纜中間接頭防水外殼和防水膠密封不良，導致電纜內(nèi)部嚴重進水；再加之銅尾管和鋁護套間封鉛不良，進入電纜中間接頭內(nèi)部水分直接沿封鉛處進入電纜主絕緣內(nèi)，造成銅管和鋁護套連接不良，接觸電阻變大；在接地電流的作用下，封鉛處嚴重發(fā)熱，在水和電流作用下，鋁護套發(fā)生電化學腐蝕，腐蝕由外向內(nèi)發(fā)展，首先電纜阻水帶發(fā)生熱老化腐蝕，然后向內(nèi)發(fā)展腐蝕電纜外屏蔽，最終腐蝕電纜主絕緣，造成電纜主絕緣擊穿。

4.2 2號電纜中間接頭B相電纜故障原因分析

對2號電纜中間接頭B相電纜解剖后，未發(fā)現(xiàn)過熱腐蝕痕跡，但進水現(xiàn)象比較明顯。將IJ側(cè)封鉛處切割觀察其截面，發(fā)現(xiàn)銅殼與封鉛結(jié)合良好，而鋁護套與封鉛交界處存在縫隙，并且銅殼底部有明顯綠色銅銹，如圖9所示。

圖9 IJ側(cè)封鉛處切割截面

根據(jù)圖9(a)可確定，電纜封鉛處存在進水現(xiàn)象，對IJ側(cè)封鉛檢查發(fā)現(xiàn)，封鉛厚度最大處僅有7.5 mm，鋁護套和封鉛存在假焊現(xiàn)象，如圖10所示。因此可以肯定，正是由于電纜封鉛不良，導致了電纜中間接頭的故障。

圖10 IJ側(cè)封鉛不良圖

5 結(jié)語

通過對故障電纜線路解剖分析可以發(fā)現(xiàn)，此次事故的原因是電纜中間接頭封鉛不良。由于天津地區(qū)水位較高，電纜長期浸泡在水中，導致水沿封鉛縫隙處進入電纜中間接頭，在電熱共同作用下，破壞了電纜絕緣，導致事故的發(fā)生。因此，沿海地區(qū)電纜施工必須嚴格把關(guān)封鉛工藝，其必須滿足以下要求。

(1)既要滿足長度、厚度、尺寸要求，還要均勻?qū)ΨQ、光滑、無砂眼、無硬塊。

(2)焊接底料涂刷良好，避免封鉛不能與銅尾管和鋁護套良好粘接。

(3)避免封鉛時間過長，造成鋁表面氧化，導致鉛鋁分離的假焊。

(4)封鉛在沒有完全冷卻的情況下嚴禁搬動接頭，以防造成封鉛開裂。

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