劉鳳蓮1，朱 軍1，盧金奎2，曾 宏1，吳 馳1，張涵軼，杜 顥

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041；3.國(guó)網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

高壓電力電纜在城市地下電網(wǎng)、發(fā)電廠、變電站等場(chǎng)所應(yīng)用廣泛，但隨著新建電纜工程的快速擴(kuò)張，高壓電纜線路故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行[1-7]。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)致高壓電纜線路故障的主要原因。

高壓電纜附件安裝過(guò)程中，主絕緣的預(yù)處理、應(yīng)力錐安裝、接地與密封是3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)，供電企業(yè)、監(jiān)理單位等技術(shù)監(jiān)督單位的人員都將關(guān)注力度放在電纜主絕緣的預(yù)處理、應(yīng)力錐安裝上，而忽視了電纜接地系統(tǒng)的工藝處理，導(dǎo)致近年來(lái)因接地工藝缺陷引起的電纜故障頻發(fā)[8-10]。

根據(jù)DL/T 342-2010《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》[11]、DL/T 344-2010《額定電壓66 kV～220 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜戶外終端安裝規(guī)程》[12]，電纜中間接頭或戶外終端的尾管與金屬套進(jìn)行接地連接時(shí)可采用封鉛方式或采用接地線焊接等方式，密封可采用封鉛方式或采用環(huán)氧混合物/玻璃絲帶等方式。

目前四川地區(qū)常采用封鉛方式作為高壓電纜附件的接地與密封，部分線路采用了接地線焊接、環(huán)氧混合物/玻璃絲帶密封的接地工藝。封鉛或接地焊接的主要作用是使電纜附件的銅殼或尾管與電纜鋁護(hù)套間實(shí)現(xiàn)電氣連接；封鉛或環(huán)氧混合物/玻璃絲帶主要起到密封防水作用。若接地、密封工藝不良，附件就會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中逐漸進(jìn)水受潮或在感應(yīng)電壓作用下引起異常放電，進(jìn)而引起電纜絕緣擊穿故障。

由于電纜及附件的絕緣設(shè)計(jì)裕度較大，而有效檢測(cè)方法少，尤其是對(duì)處于低電場(chǎng)區(qū)域的接地系統(tǒng)，若安裝工藝存在缺陷，通常難以通過(guò)回路電阻、耐壓等常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)。此類高壓電纜附件若運(yùn)行于城市電網(wǎng)的重要干線中，將嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。下面以某220 kV高壓電纜線路故障為例，重點(diǎn)剖析了電纜線路的接地工藝，以期對(duì)高壓電纜的安裝、管理提供借鑒參考。

1 某220 kV高壓電纜故障的基本情況

2018年7月，220 kV甲線故障跳閘，為C相單相接地故障。故障跳閘前，甲線負(fù)荷為448.6 A，載流量控制值為2252 A，負(fù)荷占比為19.9%。故障發(fā)生前，電纜線路兩側(cè)變電站內(nèi)的設(shè)備均運(yùn)行正常，線路無(wú)分合閘操作。

220 kV甲線是兩座220 kV變電站間的聯(lián)絡(luò)線，為混合線路，線路全長(zhǎng)29 km。其中，架空線路15.8 km；電纜長(zhǎng)度13.7 km，電纜段的敷設(shè)方式為隧道，電纜型號(hào)為YJLW02-Z-127/220 kV-1×2500 mm2，線路含中間接頭共27組、GIS終端1組、戶外終端1組。線路的接地由9個(gè)完整的交叉互聯(lián)單元構(gòu)成，其中站內(nèi)GIS終端，3號(hào)、6號(hào)、9號(hào)、12號(hào)、15號(hào)、18號(hào)、21號(hào)、24號(hào)中間接頭以及戶外終端為直接接地方式，其余電纜接頭為保護(hù)接地方式，故障位置在9號(hào)接頭附近。接地系統(tǒng)連接情況如圖1所示。

甲線自2013年12月投運(yùn)后，運(yùn)維單位按照Q/GDW 1512-2014《電力電纜及通道運(yùn)維規(guī)程》的相關(guān)要求，定期開(kāi)展了巡視維護(hù)工作，并于2014年10—12月對(duì)甲線開(kāi)展了高頻局部放電檢測(cè)，檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)異常放電信號(hào)。發(fā)生故障的電纜接頭高頻局放信號(hào)如圖2所示。

圖1 220 kV甲線接地系統(tǒng)連接情況

圖2 故障接頭的局部檢測(cè)信號(hào)

此外，甲線無(wú)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行記錄，2018年的最高負(fù)荷約500 A，遠(yuǎn)低于其額定負(fù)荷電流。

2 故障電纜接頭的解體分析

甲線的故障位置位于電纜端部接地銅殼附近，其余部分外護(hù)套完好。去掉故障接頭兩端外層的防水膠、繞包帶材后，可見(jiàn)擊穿點(diǎn)附近的電纜焊接情況如圖3所示，非擊穿側(cè)的電纜焊接情況如圖4所示。兩側(cè)電纜均采用局部焊接的方式連接鋁護(hù)套和銅殼，焊接面積較小，擊穿點(diǎn)附近的電纜焊接部分已翹起，與鋁護(hù)套無(wú)電氣連接，但故障后已難以判斷這是在運(yùn)行中形成，還是由故障發(fā)生引起。

圖3 擊穿點(diǎn)附近的電纜焊接情況

圖4 非擊穿側(cè)的電纜焊接情況

非擊穿側(cè)的電纜焊接面積也較小，在靠近鋁護(hù)套側(cè)焊接明顯不牢，焊接點(diǎn)下方的鋁護(hù)套表面及周圍區(qū)域呈黑色。焊接點(diǎn)與鋁護(hù)套接觸不緊密，焊料下方有黑色填充膠；焊料與其下方的鋁護(hù)套之間存在黑色物質(zhì)隔離，焊接處疑似有放電產(chǎn)生，如圖5所示。此外，接地編組線未按工藝要求以每處5根、至少兩處的方式與波紋鋁護(hù)套緊密焊接，也未按工藝要求用4組鍍錫軟銅線捆扎。

圖5 鋁護(hù)套表面及周圍區(qū)域呈黑色

去掉絕緣預(yù)制件外層的銅殼、繞包帶材后，可見(jiàn)電纜故障擊穿點(diǎn)位于絕緣預(yù)制件的外部、鋁護(hù)套斷口端部的下方，位置距絕緣預(yù)制件端部約180 mm處，擊穿孔約25 mm×25 mm，擊穿通道從電纜線芯直接擊穿交聯(lián)聚乙烯主絕緣后，到達(dá)接地的鋁護(hù)套，燒損電纜端部的繞包帶材及外護(hù)套。

拆除電纜鋁護(hù)套后，發(fā)現(xiàn)電纜本體表面的絕緣屏蔽層上有明顯的波紋鋁護(hù)套壓痕，剖開(kāi)絕緣屏蔽層后，可見(jiàn)鋁護(hù)套下方的電纜本體內(nèi)部已被灼傷，主絕緣顏色已變?yōu)樽厣?。擊穿點(diǎn)附近一側(cè)的電纜本體約在距電纜端部約360～560 mm的區(qū)段內(nèi)已變色，非擊穿側(cè)的電纜本體約在距電纜端部約370～480 mm的區(qū)段內(nèi)已變色，發(fā)熱最嚴(yán)重的位置約在鋁護(hù)套斷口附近，如圖7、圖8所示。

圖6 故障擊穿點(diǎn)位置

圖7 擊穿點(diǎn)附近的電纜本體表面情況

圖8 非擊穿側(cè)的電纜本體表面情況

此外，接頭覆蓋范圍內(nèi)的電纜本體顏色略黃，而其他區(qū)域電纜本體為乳白色，初步判斷為附件產(chǎn)品硫化或帶材滲透所致。

3 電纜故障主要原因分析

220 kV甲線的故障電纜接頭，擊穿路徑清晰，擊穿通道從電纜線芯，直接擊穿交聯(lián)聚乙烯主絕緣后，到達(dá)接地的鋁護(hù)套，燒損電纜端部的繞包帶材及外護(hù)套，擊穿通道如圖9所示。

圖9 電纜端部擊穿通道

根據(jù)解體分析情況，認(rèn)為此次電纜故障的直接原因是由于電纜端部的鋁護(hù)套附近發(fā)熱，引起鋁護(hù)套下方區(qū)段內(nèi)的交聯(lián)聚乙烯主絕緣受損，并最終引起絕緣擊穿。

經(jīng)分析，認(rèn)為引起電纜接頭端部鋁護(hù)套附近發(fā)熱的原因?yàn)椋弘娎|接頭的銅殼與鋁護(hù)套間的焊接工藝不規(guī)范，接頭兩側(cè)的焊點(diǎn)處存在接觸面積不足、虛焊、脫焊現(xiàn)象。擊穿側(cè)銅殼與鋁護(hù)套間的焊接已脫離，使鋁護(hù)套和銅殼失去了等電位連接點(diǎn)。未擊穿側(cè)銅殼與鋁護(hù)套間的焊接點(diǎn)存在接觸面積不足、虛焊現(xiàn)象。在銅殼未與鋁護(hù)套有效連接的情況下，鋁護(hù)套上會(huì)存在一定的感應(yīng)電壓，與接地的銅殼間長(zhǎng)期發(fā)生放電現(xiàn)象。此外，由于接地工藝缺陷，本該從銅殼流走的接地環(huán)流、電容電流，會(huì)從絕緣預(yù)制件外表面纏繞的薄銅網(wǎng)中流過(guò)，而在兩側(cè)鋁護(hù)套與銅網(wǎng)連接的斷口附近接觸電阻較大，導(dǎo)致發(fā)熱最嚴(yán)重，灼傷電纜本體。

在該故障案例中，接地線焊接工藝不良是主要問(wèn)題，未見(jiàn)因密封不良引起的受潮、進(jìn)水情況。但綜合考慮到四川盆地地下水位較高、雨水豐沛的地域特征，高壓電纜通道在夏季經(jīng)常被淹沒(méi)，當(dāng)采用環(huán)氧混合物/玻璃絲帶密封的方式時(shí)，其防水密封性要差于采用封鉛密封方式。但采用封鉛方式，對(duì)接地工藝的技術(shù)要求更高：一般要求封鉛應(yīng)與電纜金屬套和電纜附件的金屬套管緊密連接，封鉛致密性應(yīng)良好，不應(yīng)有雜質(zhì)和氣泡，且厚度不應(yīng)小于12 mm；封鉛時(shí)不應(yīng)損傷電纜絕緣，應(yīng)掌握好加熱溫度，封鉛操作時(shí)間應(yīng)盡量縮短；圓周方向的封鉛厚度應(yīng)均勻，外形應(yīng)光滑對(duì)稱。這就對(duì)施工安裝和技術(shù)監(jiān)督人員提出新的關(guān)注點(diǎn)，需要制定方案或開(kāi)發(fā)新的檢測(cè)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)或避免高壓電纜附件安裝時(shí)因接地工藝執(zhí)行不到位而引起的虛焊、脫焊等情況。

4 結(jié) 論

1)根據(jù)解體情況分析，認(rèn)為此次電纜故障的主要原因是由于電纜端部的鋁護(hù)套附近發(fā)熱，引起鋁護(hù)套下方區(qū)段內(nèi)的交聯(lián)聚乙烯主絕緣受損，并最終在運(yùn)行中引起絕緣擊穿。

2)電纜接頭的銅殼與鋁護(hù)套間的焊接工藝不規(guī)范，接頭兩側(cè)的焊點(diǎn)處存在接觸面積不足、虛焊、脫焊的現(xiàn)象。在銅殼未與鋁護(hù)套有效連接的情況下，鋁護(hù)套上會(huì)存在一定的感應(yīng)電壓，并與接地的銅殼間發(fā)生異常放電。由于銅殼與鋁護(hù)套間的接地失效，導(dǎo)致本該從銅殼流走的電流，會(huì)從絕緣預(yù)制件外表面纏繞的薄銅網(wǎng)中流過(guò)，并在接觸電阻較大的鋁護(hù)套斷口附近引起發(fā)熱，并灼傷電纜本體。

3)在新建工程中，應(yīng)對(duì)運(yùn)行在通道濕度較大或可能浸水環(huán)境中的電纜接頭，采用全封鉛方式進(jìn)行接地與密封處理，以防止潮氣進(jìn)入電纜內(nèi)部引起電化學(xué)腐蝕或絕緣劣化。

4)高壓電纜附件的施工安裝、運(yùn)行維護(hù)及技術(shù)監(jiān)督人員應(yīng)重視附件的接地工藝問(wèn)題，制定專項(xiàng)整改方案或開(kāi)發(fā)新的檢測(cè)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)或避免高壓電纜附件安裝時(shí)因接地工藝執(zhí)行不到位而引起的虛焊、脫焊等情況。