朱廣秀源，蔣 玲，王生杰，李劍武，劉敬之，劉國平，王理麗，張毅濤

(1.國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海 西寧 810008；2.國網(wǎng)青海省電力公司，青海 西寧 810008；3.國網(wǎng)青海省電力公司海南供電公司，青海 西寧 813000)

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，城市用電量迅速增長，新增輸電線路也逐年增加。但限于城市規(guī)劃、環(huán)境景觀及線路走廊要求，城市輸電線路越來越多的采用電纜。內(nèi)錐插拔式電纜終端以全絕緣、全屏蔽、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡便、易于操作、運(yùn)行可靠、維修方便等特點被廣泛用于地鐵、工廠以及沿海和高原等地區(qū)，成為了35 kV及以下中壓交聯(lián)電纜的理想附件〔1,2〕。

1 故障概況

1.1 故障經(jīng)過

某35 kV變電站共有兩臺主變，故障前1號主變帶負(fù)荷運(yùn)行，2號主變處于熱備用狀態(tài)。2021年1月10日20:28，1號主變差動保護(hù)動作跳閘；20:30，調(diào)度遠(yuǎn)方投入2號主變；20:30:56，2號主變差動保護(hù)動作跳閘。

1.2 現(xiàn)場檢查

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，2號主變高壓側(cè)C相電纜終端發(fā)生擊穿故障，鋁護(hù)套擊穿，熱縮套燒蝕。該電纜型號為YJV22-26/35-1×50 mm2，全長24 m, 投運(yùn)12年，投運(yùn)前試驗合格，電纜終端采用的是內(nèi)錐插拔式電纜終端，現(xiàn)場檢查如圖1所示。

圖1 擊穿的電纜終端

2 故障分析

2.1 解體檢查

對故障電纜終端進(jìn)行解體檢查，電纜終端整體破壞較為嚴(yán)重，鋁護(hù)套表面存在一燒蝕熔洞，直徑約35 mm，熔洞位置緊挨應(yīng)力錐尾部，鋁護(hù)套熔洞對應(yīng)內(nèi)部電纜主絕緣被燒蝕、線芯熔斷、銅屏蔽燒及緊壓環(huán)被燒熔，如圖2所示。

圖2 解體后的故障電纜終端

將故障電纜終端應(yīng)力錐從中部切開后，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)電纜主絕緣貫穿性燒熔的應(yīng)力錐內(nèi)壁從端部開始存在一放電通道，呈灰色龜裂狀，一直延伸至半導(dǎo)電層。半導(dǎo)電層被燒蝕呈炭黑色，應(yīng)力錐端部與承力環(huán)接觸面存在一圓環(huán)形灰色放電燒蝕痕跡，應(yīng)力錐尾部部分被燒蝕，如圖3、圖4所示。

圖3 放電通道

根據(jù)以上現(xiàn)象可以判斷主放電通道為：高場強(qiáng)區(qū)的應(yīng)力錐端部-應(yīng)力錐內(nèi)壁與電纜主絕緣交界面-應(yīng)力錐半導(dǎo)電層-電纜半導(dǎo)電層-銅屏蔽-金屬鎧裝-接地線，放電通道唯一且明晰。

通過對放電通道處電纜部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)與承力環(huán)及電纜主絕緣端部存在一明顯空隙，長約24 mm，如圖3。按照電纜終端制作工藝要求，此處電纜主絕緣端部約5 mm應(yīng)切割45°的倒角，以將其插入至承力環(huán)內(nèi)，確保電纜線芯與應(yīng)力錐間保持足夠的絕緣強(qiáng)度。但對此處電纜主絕緣端部形貌進(jìn)行分析，其存在明顯的燒熔痕跡，為電纜故障期間高溫所致，但其邊沿處存在明顯的切削狀痕跡，由此可以判斷此處為主絕緣端部的45°倒角，如圖5。檢查電纜線芯與電纜終端插接觸指結(jié)合處，發(fā)現(xiàn)線芯的切割面與觸指端頭接觸環(huán)平齊、貼合緊密，未發(fā)現(xiàn)有線芯向下躥滑的跡象，可以排除電纜終端制作完成后電纜向下位移以及故障發(fā)生后拔出電纜終端時導(dǎo)致該間隙出現(xiàn)的可能，如圖5。據(jù)此可以判斷該明顯空隙為電纜終端制作期間電纜主絕緣與承力環(huán)間未插接到位或者電纜主絕緣切削過多所致。

圖5 主絕緣端部切削痕跡線芯與電纜終端插接觸指結(jié)合處

此外，應(yīng)力錐本是通過將絕緣屏蔽層的切斷處進(jìn)行延伸，使零電位形成喇叭狀，從而改善絕緣屏蔽層的電場分布，降低放電的可能性。但通過測量電纜直徑以及應(yīng)力錐內(nèi)徑，發(fā)現(xiàn)電纜直徑較應(yīng)力錐內(nèi)徑小1 mm。按照要求，電纜本體與應(yīng)力錐應(yīng)過盈配合，即應(yīng)力錐內(nèi)電纜直徑應(yīng)略大于應(yīng)力錐內(nèi)徑，確保兩者間不存在間隙，這意味著此故障終端電纜絕緣屏蔽切斷處電場密度沒有得到應(yīng)有的疏散，應(yīng)力錐沒有起到應(yīng)有的作用〔3〕。

2.2 原因分析

結(jié)合故障經(jīng)過及解體檢查，可知：

(1)應(yīng)力錐內(nèi)電纜主絕緣與承力環(huán)間明顯空隙為電纜終端制作期間工藝控制不良所致；

(2)電纜主絕緣與承力環(huán)間未插接到位或者電纜主絕緣切削過多而形成長約24 mm的空隙，導(dǎo)致本應(yīng)以交聯(lián)聚乙烯與應(yīng)力錐為主絕緣的絕緣介質(zhì)替換為以空氣、交聯(lián)聚乙烯及應(yīng)力錐復(fù)合絕緣為主絕緣的絕緣介質(zhì)；

(3)在運(yùn)行電壓作用下，電纜主絕緣與應(yīng)力錐交界面處長期存在局部放電，導(dǎo)致電纜主絕緣及應(yīng)力錐內(nèi)壁絕緣劣化，并沿著應(yīng)力錐內(nèi)壁絕緣相對薄弱處(即應(yīng)力錐內(nèi)壁與電纜主絕緣間尺寸配合不良處)延伸發(fā)展；

(4)在合閘投運(yùn)操作過電壓作用下，電纜終端局部放電進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)而形成貫穿性放電通道，導(dǎo)致對地?fù)舸?/p>

(5)較大的故障電流造成電纜線芯、主絕緣、鋁護(hù)套等部件燒熔。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

綜合分析，此次故障的主要原因是電纜終端制作工藝不良，導(dǎo)致應(yīng)力錐內(nèi)電纜主絕緣與承力環(huán)間存在空隙，在長期運(yùn)行電壓作用下造成電纜終端絕緣受損并對地?fù)舸M(jìn)而造成此次設(shè)備故障。

3.2 建議

(1)導(dǎo)致電纜終端擊穿故障的關(guān)鍵因素是電纜終端的制作質(zhì)量，而制作人員的技術(shù)水平和制作態(tài)度直接決定了電纜終端的使用壽命〔4〕，為確保電纜終端制作工藝滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在提高電纜頭制作工藝的同時，加強(qiáng)電纜頭制作過程的現(xiàn)場監(jiān)督工作。

(2)對遭受沖擊的變壓器進(jìn)行相關(guān)試驗，校核此次近距離電纜頭擊穿故障對主變性能的影響。

(3)提高電纜人員運(yùn)維管理水平，加強(qiáng)電纜溫度檢測、局放檢測等帶電檢測工作，及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、避免故障的發(fā)生，做好電纜運(yùn)行工況的掌握，做到提前預(yù)防。

(4)進(jìn)一步提升變電站主設(shè)備運(yùn)維水平，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，以避免發(fā)生相關(guān)電網(wǎng)事件。