一起110kV电缆终端头故障分析

一起110kV电缆终端头故障分析摘要：本文对重庆市电力公司某变电站110KV户外电缆终端头在运行中发生击穿的现象进行了分析。关键词：应力锥；半导电管1引言重庆市电力公司重庆过河石变电站安装了过河石110kV电缆线路，自2015年11月开始施工，2015年12月投入运行。电缆线路全长为6037米，电缆型号为YJLW03-127/220-1X800，其电缆本体为中国重庆泰山电缆公司生产；整回电缆线路共有12组中间接头，由3M公司电缆端终头，电缆中间接头。产品类型：SC123-800mm故障时间：2017年5月19日2故障经过2017年5月19日19点07分，重庆110kv过河石变电站电缆线路开关跳闸（无线路自动重合闸，停用），B相接地。故障短路电流为11kA。无施工开挖等外力影响和雷击等过电压现象。经检查，发现故障点位置在离庆过河石变电站815米处，b相#3中间接头击穿、爆炸（图3.故障现场解剖情况分析：）对电缆中间接头解剖后发现，靠近连接导管一侧的屏蔽断口位置有明显有一个直径20mm左右的击穿孔洞，其屏蔽断口位置到绝缘断处一侧的主绝缘表面已碳化，接头另一侧没有发现故障痕迹，主绝缘和应力锥都正常。导电棒绝缘切断面到击穿点的长度为25mm，导电棒绝缘切断面到半导电断口的长度为25mm，说明击穿点刚好在半导电屏蔽断口处。）检查屏蔽断口和主绝缘处理情况，发现半导电屏蔽断口处理粗糙，既没有做很好的平滑过渡，也没有喷半导电漆。而根据3M对此类型产品的工艺要求，在半导电屏蔽断口除了要修出一个过渡台阶外，还需要喷半导电漆，以尽可能地改善此处的电场分布。）从安装尺寸来看，电缆预处理后两端屏蔽断口距离应为700mm（或取下限698mm），但实际量取的尺寸为720mm,大大超过了标准工艺要求，导致的结果是至少有一侧屏蔽断口的电场无法按设计要求受到应力锥良好控制，存在放电的可能。4）故障侧的电缆存在明显弯曲，没有保持平直，可能是电缆预处理过程中没有完全校直，也可能是在推锥过程中用力不均造成。无论哪种原因，都会导致接头安装后各向界面压力不均，影响电气性能。5.）解剖过程中还发现，应力锥外层半导电带和铜屏蔽带的绕包与标准安装工艺存在一定偏差，这也可能导致电场分布不均，造成事故隐患。4）故障原因及界面放电的机理本起故障主要是由于施工质量引起的，附件安装不规范导致沿面放电速度加快，导致击穿。主要原因可能有以下几个方面：从现场分析，由于施工质量问题，1.切剥尺寸没有按安装工艺标准，整体切剥尺寸大于了标准尺寸，导致一侧屏蔽断口超过了设计应力控制区域，2.半导电屏蔽断口处理粗糙，剖切电缆外半导电层时，刀痕过深，使主绝缘层表面有伤痕，存在气隙。既没有修出一个过渡台阶以便电力线有很好的平滑过渡，也没有喷半导电漆。而根据3M对此类型产品的工艺要求，在半导电屏蔽断口除了要修出一个过渡台阶外，还需要喷半导电漆，以尽可能地改善此处的电场分布。因此，在中间接头电场强度畸变最为严重之处的的电场，无法按设计要求受到应力锥良好控制。同时，还可能产生界面气隙，造成沿面方电。（4）附件收缩不紧密，握紧力不够，产生气隙。以上几个原因都有引起故障界面产生气隙的可能。可以基本分析出该故障是导体蕊线直接对地电位的半导电层断口与应力锥内表面结合界面放电引起的。运行中的交联聚乙烯电缆，随着负荷的变化，电缆附件与电缆绝缘层之间界面因为电缆预制件收缩到极限后弹力衰退，握紧力减弱，导致电缆附件与绝缘层之间的界面压强减小，加上热胀冷缩产生气隙，并产生呼吸效应，界面中吸进潮气；同时，由于电泳效应，在电场的作用下，水分子迁移定向进入电缆附件界面。潮气和迁移水分子在界面凝结成水珠，此时由于水珠的介电常数大，界面表面电阻下降，引起局部放电。同时沿面泄漏电流增大，在沿面产生热效应，电流密度大的地方便先干，使得电位分布不均匀，电位高的地方率先发生局放电，造成绝缘层表层炭化，随着局放的发展，引起绝缘层表面闪络，进一步劣化了主绝缘性能，畸变了电场，最终导致界面绝缘放电击穿。4应当采取的应对措施为了防止沿面放电击穿故障的发生，应在以下几个环节严格把关：）严格按安装工艺标准切剥尺寸，整体切剥尺寸符合工艺标准尺寸，以便使安装接头各种关键部位符合设计部位，在半导电屏蔽断口按要求修出一个过渡台阶，并喷半导电漆，在应力的内涂膜和台阶区域内。以尽可能地改善此处的电场分布，发挥设计应力控制区域最大作用，保障不留有气隙、不产生局部放电）接头制作前要认真检查电缆附件，要与电缆配套，保证其有足够的握紧力，使界面接触紧密，没有气隙。3） 3M公司的应力锥内半导体涂层中的梯度设计不合理，，施工工艺的要求过高，现场中各种原因人员、工具等可能无法达到两者无间隙紧配合的要求，从而有可能产生界面上的局放，应改进设计，使应力控制能平滑过渡，减少对于施工现场的工艺严格要求。4） 应力控制的半导体涂层最好采用实体，以免在施工中被擦落或在运行中如有轻微的局放现象，被热化去，加重了局放的发展。5） 电缆绝缘层剖切后，应用细砂纸仔细打磨主绝缘层表面，使其光滑无刀痕和无半导电残留物。5结论因此，沿面放电的影响在于两个主要因素一是界面压强（握紧力）二是表面状态。沿面放电电压随着界面压强增大而上升，，即巴申定律，在温度不变时气体的击穿电压Ub是气体压力和电极间距离的乘积pd函数，即Ub=f（pd）。故采用弹性变形力强的材料才能保证增大界面压强；同时也可以采用涂抹硅脂的方法，在界面上涂抹硅脂后，硅脂分子起到壁垒作用，阻碍导电粒子激发界面沿面放电，界面沿面放电电压值大幅提高。在附件安装施工中严格把关，注意关键环节，提高施工质量就可以有效避免沿面放电事故的发生。介质界面的沿面放电电压值与界面压强和界面状况密切相关。保证界面足够的压强和在界面涂抹硅脂可大幅提高界面沿面放电电压值。界面压强取决于电缆附件安装时的弹性变形过盈量。提高电缆附件材料的弹性，可以有效防止电缆附件沿面放电击穿事故。参考文献：GB/Z18890.3-2002《额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第3部分：额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆附件》[S].DevelopmentofSelf-PressurizedJointfor66kVto275kVXLPECableshttp://