220 kV高壓電纜終端接頭絕緣燒蝕故障分析及防范措施

鄭 偉 高 超 姚舜禹 李 翔 程 龍

（1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司，河南 鄭州 450052；2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州450052；3.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450052；4.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司焦作供電公司，河南 焦作 454000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化水平在不斷提高，架空線(xiàn)路電纜化入地項(xiàng)目也在持續(xù)推進(jìn)，電力電纜被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)中。高壓電纜是電力傳輸?shù)闹匾O(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)安全起著至關(guān)重要的作用［1-6］。隨著新建電纜工程的不斷增多，高壓電纜線(xiàn)路的故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行［7-9］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電纜附件現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝不符合施工要求是導(dǎo)致高壓電纜線(xiàn)路出現(xiàn)故障的主要原因。同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中，電纜附件受運(yùn)行環(huán)境、機(jī)械損壞等因素的影響，導(dǎo)致電纜絕緣的可靠性逐漸降低，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行埋下重大隱患［10-15］。本研究通過(guò)對(duì)一起220 kV 高壓電纜終端接頭絕緣燒蝕故障進(jìn)行分析，找出故障發(fā)生的原因，并提出運(yùn)維建議。

1 故障情況

1.1 故障概況

該220 kV 架空電纜混合線(xiàn)路在某年2 月發(fā)生跳閘事件，選相A 相，重合不成功。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，31 號(hào)塔A 相電纜終端頭為此次事故的故障點(diǎn)，電纜終端頭下方的支架有明顯的燒傷痕跡，電纜尾管處出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象（見(jiàn)圖1）。

圖1 故障電纜終端圖

1.2 故障現(xiàn)場(chǎng)情況

故障桿塔為同塔三回布置，兩回220 kV 線(xiàn)路、一回110 kV 線(xiàn)路，故障電纜終端平臺(tái)高約30 m，周邊為綠化帶，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)大型機(jī)械入場(chǎng)的痕跡。故障終端為T(mén)ES1245-220 kV 戶(hù)外復(fù)合電纜終端，終端套管表面無(wú)鳥(niǎo)糞、無(wú)放電痕跡（見(jiàn)圖2）。故障發(fā)生時(shí)，天氣情況為多云、微風(fēng)2級(jí)、溫度在2 ℃左右。

圖2 故障電纜終端平臺(tái)

2 故障電纜終端檢查

2.1 故障電纜終端檢查

更換故障所在的三相電纜終端，取下A 相故障電纜終端，發(fā)現(xiàn)電纜終端尾管處的電纜本體被嚴(yán)重?zé)g，尾管被燒蝕出直徑約5 cm 的孔洞，電纜外護(hù)套、金屬屏蔽層、主絕緣全部被燒蝕，距離平臺(tái)下方約20 cm處的電纜燒蝕最為嚴(yán)重，導(dǎo)體露出，部分銅芯被燒斷，通過(guò)觀(guān)察電纜燒蝕故障的痕跡，推測(cè)此處為故障的起始點(diǎn)（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 拆卸下的故障電纜終端

圖4 故障電纜尾管處燒蝕情況

2.2 故障電纜接地箱檢查

該故障電纜采用一端直接接地、一端保護(hù)接地的接地方式，發(fā)生故障的桿塔處直接接地，另一端保護(hù)接地。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)故障桿塔接地箱內(nèi)部、接地端子處均出現(xiàn)放電現(xiàn)象，另一端接地箱內(nèi)A 相電纜的護(hù)層保護(hù)器發(fā)生擊穿現(xiàn)象（見(jiàn)圖5、圖6）。

圖5 直接接地箱放電現(xiàn)象

圖6 保護(hù)接地箱放電現(xiàn)象

3 原因分析

為了找到電纜終端發(fā)生故障的原因，對(duì)故障電纜終端進(jìn)行解體（見(jiàn)圖7）。解體后發(fā)現(xiàn)，電纜本體、應(yīng)力錐及下方包繞的帶材完好，應(yīng)力錐、半導(dǎo)體層等部位無(wú)明顯的放電痕跡，硅油色澤正常，從而判定故障的起因與套管內(nèi)部無(wú)關(guān)。

圖7 故障電纜終端（A相）解體后應(yīng)力錐

對(duì)電纜尾管進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)，從法蘭下表面向下到金屬護(hù)套末端的電纜本體絕緣已被燒毀，并露出內(nèi)部的電纜線(xiàn)芯（見(jiàn)圖8）。故障點(diǎn)位于終端尾管處，并未延伸至終端接頭內(nèi)部，從而確定終端尾管為此次故障的故障點(diǎn)。

圖8 故障電纜終端故障點(diǎn)

對(duì)B、C兩相電纜終端尾管進(jìn)行解剖（見(jiàn)圖9、圖10），發(fā)現(xiàn)B、C 相電纜終端尾管的封鉛處存在明顯的質(zhì)量問(wèn)題：封鉛處存在明顯的裂紋、砂眼、脫焊現(xiàn)象，整體不平整且有毛刺；封鉛的厚度及范圍明顯不足，不符合《額定電壓66 kV~220 kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜接頭安裝規(guī)程》（DL/T 342—2010）中的相關(guān)規(guī)定；B 相電纜封鉛處出現(xiàn)了明顯的白色金屬鋁氧化粉末，說(shuō)明水分已經(jīng)侵入內(nèi)部；C 相電纜封鉛處也存在著水分侵入痕跡。

圖9 B相電纜終端尾管解剖圖

圖10 C相電纜終端尾管解剖圖

通過(guò)對(duì)解剖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)封鉛工藝質(zhì)量不合格是此次故障的主要原因。由于電纜終端使用的封鉛工藝質(zhì)量不合格，存在虛焊、開(kāi)裂、毛刺等工藝缺陷，導(dǎo)致外界的水分透過(guò)熱縮護(hù)套進(jìn)入封鉛處，并透過(guò)封鉛進(jìn)一步侵入到電纜內(nèi)部半導(dǎo)體層，從而造成局部電場(chǎng)不均勻、電場(chǎng)畸變，導(dǎo)致局部發(fā)熱、絕緣劣化，且封鉛質(zhì)量不合格將會(huì)導(dǎo)致封鉛處的接觸電阻上升，造成局部懸浮點(diǎn)位、電場(chǎng)不均勻、絕緣劣化，進(jìn)一步導(dǎo)致局部發(fā)熱，最終造成電纜發(fā)生燒蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)對(duì)某220 kV 混合線(xiàn)路電纜終端故障進(jìn)行分析，明確電纜終端封鉛工藝質(zhì)量不合格是故障產(chǎn)生的主要原因。封鉛工藝質(zhì)量不合格導(dǎo)致水分侵入、電場(chǎng)不均，從而引起局部發(fā)熱、絕緣劣化，最終造成電纜終端發(fā)生擊穿燒蝕故障。由于故障電纜終端平臺(tái)較高，終端下方的電纜本體彎曲，不滿(mǎn)足《電力電纜及通道運(yùn)維規(guī)程》（Q/GDW 1512—2014）中有關(guān)電纜終端法蘭盤(pán)下應(yīng)有不小于1 m的垂直段的要求，導(dǎo)致封鉛部位受力，從而加速封鉛的劣化。在設(shè)計(jì)階段，建議電纜終端平臺(tái)設(shè)計(jì)不宜過(guò)高。此外，電纜終端下方應(yīng)加強(qiáng)固定，電纜終端下方應(yīng)有不小于1 m 的垂直段；在安裝階段，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜附件安裝質(zhì)量的管控，避免因工藝問(wèn)題導(dǎo)致電纜出現(xiàn)故障；在運(yùn)維階段，定期開(kāi)展紅外測(cè)溫、接地環(huán)流等檢測(cè)工作，重點(diǎn)關(guān)注封鉛部位的溫升情況。