趙騰飛，聶永杰，孫 宬

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司研究生工作站，云南 昆明 650217）

0 引言

電力系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)分析表明，電纜附件發(fā)生故障的比例占到電纜運(yùn)行故障的一半以上，電纜附件主要包括電纜終端和接頭，電纜接頭又稱電纜頭。電纜鋪設(shè)好后，為了使其成為一個(gè)連續(xù)的線路，各段線必須連接為一個(gè)整體，這些連接點(diǎn)就稱為電纜接頭。電纜線路中間部位的電纜接頭稱為中間接頭，而線路兩末端的電纜接頭稱為終端頭。電纜接頭是用來鎖緊和固定進(jìn)出線，起到防水防塵防震動(dòng)的作用。電纜肘型接頭是電纜接頭的一種。10 kV環(huán)網(wǎng)柜作為小區(qū)域電網(wǎng)配電變電的核心設(shè)備，其安全運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)有較大的意義[1]。然而，近年來環(huán)網(wǎng)柜燒毀故障頻發(fā)，分析發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜燒毀的原因大多是因?yàn)殡娎|肘型頭發(fā)生故障[2-6]。肘型頭長(zhǎng)期運(yùn)行在封閉環(huán)境中，當(dāng)表面受潮、黏污，會(huì)使表面電場(chǎng)分布發(fā)生畸變，引發(fā)局部放電，最終造成絕緣擊穿，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性[7]。因此，對(duì)電纜肘型頭故障進(jìn)行分析并有針對(duì)性地做好防范措施顯得尤為重要。目前，關(guān)于電纜肘型頭故障分析的文獻(xiàn)較少，大部分從電纜附件生產(chǎn)質(zhì)量、施工工藝和運(yùn)行環(huán)境等方面去分析。劉鳳蓮等對(duì)220 kV 高壓故障電纜線路進(jìn)行解體分析，發(fā)現(xiàn)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、脫焊等現(xiàn)象[8]。伍弘等對(duì)110 kV 整體預(yù)制干式電纜故障終端進(jìn)行X 光圖譜檢測(cè)與解體分析，發(fā)現(xiàn)電纜預(yù)制橡膠件有損壞，應(yīng)力錐內(nèi)表面半導(dǎo)電部位與絕緣結(jié)合處燒蝕、碳化痕跡明顯，且絕緣與半導(dǎo)電材料均出現(xiàn)裂紋[9]。本文以云南電網(wǎng)為背景，分析肘型頭的故障原因，并提出相應(yīng)的防范措施。

1 肘型頭結(jié)構(gòu)介紹

肘型頭是環(huán)網(wǎng)柜電纜連接頭的重要組成部件，其作用是增強(qiáng)高壓帶電導(dǎo)體相間及對(duì)地箱體外殼絕緣，防止高壓帶電導(dǎo)體直接裸露在空氣中，以彌補(bǔ)分接箱或環(huán)網(wǎng)柜相間及對(duì)地空氣距離不足的弱點(diǎn)。

目前，常用的肘型頭結(jié)構(gòu)有兩種類型，即非屏蔽型和屏蔽型[10]。二者作用基本相當(dāng)，區(qū)別之處在于有無內(nèi)、外屏蔽層。非屏蔽型既無內(nèi)屏蔽又無外屏蔽，只有絕緣層。在運(yùn)行中外表面是不接地的，有懸浮電位，相間或與任何接地體都必須保持一定的空氣距離，它實(shí)際上是橡膠絕緣層（一般為硅橡膠或三元乙丙橡膠）與空氣的復(fù)合絕緣。對(duì)屏蔽型來說，比非屏蔽型多了內(nèi)、外兩層屏蔽。內(nèi)屏蔽層采用半導(dǎo)電橡膠硫化成型，與絕緣層復(fù)合成一體。它的作用是使電纜導(dǎo)體連接處的空氣隙處于等電位下，防止接線端子表面尖銳處因電場(chǎng)畸變而發(fā)生電暈放電。外屏蔽運(yùn)行時(shí)接地使護(hù)套外表面保持零電位，帶電可觸摸，無須考慮對(duì)外部屏蔽的安全距離，可有效防止人員誤碰而發(fā)生觸電。

2 故障概述

在云南電網(wǎng)發(fā)生的多起線路故障中，我們選擇以下案例進(jìn)行分析。一是A 供電局案例：10 kV 1號(hào)路線（八號(hào)路段）8 號(hào)高壓分支箱靠小號(hào)側(cè)W 相電纜肘型頭燒毀；二是B 供電局案例：10 kV 金沙線電纜分支箱燒毀；三是C 供電局案例：10 kV 城關(guān)線B5 地塊電纜分支箱燒毀；四是D 供電局案例：安寧變電站10 kV 寧湖開關(guān)站010 開關(guān)出線電纜頭擊穿。這幾起故障初步提取的故障特征為：故障表象基本都為10 kV 電纜分接箱肘型電纜頭擊穿或燒毀，運(yùn)行人員對(duì)肘型頭進(jìn)行驗(yàn)電發(fā)現(xiàn)，前3個(gè)案例的電纜肘型頭外部表面均帶電。

3 肘型頭故障分析

電纜肘型頭燒毀或擊穿，一般起始于某一部位的局部放電（以下簡(jiǎn)稱“局放”）。隨著局放的加劇，將造成肘型形頭直接擊穿或者起火，線路跳閘。肘型頭的燒毀或擊穿是一個(gè)“局放發(fā)生—局放發(fā)展—燒毀或擊穿”的過程，特別是局放的發(fā)生至局放發(fā)展環(huán)節(jié)，有較長(zhǎng)的時(shí)間尺度效應(yīng)。常見的肘型頭局部放電原因如表1 所示。

表1 肘型頭局部放電原因

此外，與供電局現(xiàn)場(chǎng)工作人員溝通發(fā)現(xiàn)，在電纜分支箱的日常巡檢中，很少進(jìn)行局放、紅外熱掃描、紫外成像等必要的檢測(cè)，錯(cuò)過了早期發(fā)現(xiàn)缺陷的時(shí)機(jī)，直至造成線路跳閘。下面根據(jù)部分現(xiàn)場(chǎng)故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的原因判定。

3.1 肘型頭電荷的產(chǎn)生及電位形成原因

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，分接箱的插頭為屏蔽型，但工藝較差，采用的是表面噴涂半導(dǎo)電層，容易脫落，脫落后形成局部高阻。從現(xiàn)場(chǎng)故障可知，肘型頭屏蔽型工藝較差，采用的是表面噴涂半導(dǎo)電層，容易脫落，脫落后形成局部高阻，此時(shí)該“屏蔽型”肘型頭實(shí)際類似于“非屏蔽型”肘型頭。另外，錯(cuò)誤地將接地金屬抱箍固定在了絕緣膠帶上，沒能和插頭表面半導(dǎo)電層良好接觸，屬于無效接地。

“局部高阻”+“無效接地”導(dǎo)致肘型頭的實(shí)際結(jié)構(gòu)是“金屬導(dǎo)體—內(nèi)屏蔽層—絕緣層—外局部高阻層—空氣—大地”。在交流情況下，電場(chǎng)分布與絕緣材料的介電常數(shù)相關(guān)，空氣的介電常數(shù)小，所以肘型頭周圍的空氣承擔(dān)的電場(chǎng)強(qiáng)度較大，在較大的電場(chǎng)強(qiáng)度下，空氣中會(huì)產(chǎn)生一些電荷沉積在肘型頭的外層上，外層的高阻狀態(tài)及無效接地，導(dǎo)致沉積的電荷無法移動(dòng)、釋放，因此形成了較高的“懸浮”電位。

肘型頭噴涂的外屏蔽層不連續(xù)脫落，形成局部高阻效應(yīng)，使其不完全是絕緣層。所以，“導(dǎo)體—內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層—絕緣層—外半導(dǎo)電屏蔽層—空氣—大地”可等效為“電容器”效應(yīng)，在外半導(dǎo)電屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，形成懸浮電位。懸浮電位高到一定程度，會(huì)出現(xiàn)肘型頭對(duì)地以及相間的放電。通過肘型頭外半導(dǎo)電屏蔽層的可靠接地，可以釋放感應(yīng)電壓，避免肘型頭對(duì)地及肘型頭相間的放電。因此，大多肘型頭采用有外半導(dǎo)電屏蔽結(jié)構(gòu)，用來減少電荷沉積和保障人員安全。對(duì)于10 kV 的電纜，其線芯所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓可達(dá)到40%～50%的線芯電壓。本案例中，三相肘型頭外半導(dǎo)電屏蔽層的工藝及錯(cuò)誤接地導(dǎo)致肘型頭外部的感應(yīng)電壓無法有效釋放。因此，采用驗(yàn)電器檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)肘型頭外部帶電。

3.2 肘型頭接地不良或假接地

正常接地時(shí)，從內(nèi)層往外層是高壓（電纜銅芯電壓）—內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層—絕緣層—外半導(dǎo)電屏蔽層—接地線（接電線處電位為零）。但由于運(yùn)行環(huán)境等各種原因，電纜肘型頭會(huì)發(fā)熱，引起電纜頭凸起處碳化，造成屏蔽接地線脫落，導(dǎo)致電纜肘型頭失去屏蔽接地的功能，從而出現(xiàn)肘型頭接地不良或假接地現(xiàn)象。相當(dāng)于高壓對(duì)地整個(gè)回路串了空氣，懸浮電位會(huì)很高，從內(nèi)層往外層是高壓（電纜銅芯電壓）—內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層—絕緣層—外半導(dǎo)電屏蔽層—空氣—接地，空氣和外半導(dǎo)電屏蔽層之間的介電常數(shù)變化比較大，容易分配到較高的電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)分布均勻性變差。因此，接地不良或假接地情況下，肘型頭內(nèi)及表面上容易引發(fā)局放。

3.3 電纜分接箱內(nèi)積灰和污物沉積嚴(yán)重

電纜肘型頭或者終端外絕緣污穢過重時(shí)，導(dǎo)致表面出現(xiàn)局部爬電，放電產(chǎn)生的能量導(dǎo)致肘型頭或者終端局部發(fā)熱。此時(shí)，除了用紅外可以檢測(cè)到溫升外，還可以聽見放電聲，或者用紫外設(shè)備檢測(cè)到表面放電。

3.4 肘型頭安裝不規(guī)范

電纜肘型頭的裝配應(yīng)符合《電力電纜運(yùn)行規(guī)程》肘型電纜頭安裝流程。規(guī)范安裝時(shí)可以避免缺陷的引入，肘型頭內(nèi)部及外部電場(chǎng)分布比較均勻，降低引發(fā)局放的概率。但現(xiàn)場(chǎng)存在肘型頭安裝不規(guī)范的現(xiàn)象。

4 防范措施

a）加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量的管控。應(yīng)注意對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的把關(guān)，尤其是肘型頭生產(chǎn)時(shí)防止材料中混入雜質(zhì)，按照預(yù)試規(guī)程做絕緣搖測(cè)及交流耐壓試驗(yàn)，確保肘型頭制作質(zhì)量。

b）規(guī)范安裝。肘型頭安裝前，對(duì)安裝人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，提高安裝人員電纜頭制作工藝水平及技術(shù)素質(zhì)，要求參與者技術(shù)熟練，細(xì)心謹(jǐn)慎，嚴(yán)格按有關(guān)操作技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。肘型頭安裝時(shí)，應(yīng)在良好的條件下進(jìn)行，防止灰塵和污染物等雜質(zhì)混入。肘型頭安裝之后，要派專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行檢查驗(yàn)收，尤其是檢查接地線是否安全牢靠，避免因接地線安裝不規(guī)范造成假接地與接地不良等情況。

c）加強(qiáng)運(yùn)維。定期對(duì)分接箱進(jìn)行局放、紅外檢測(cè)以及終端頭的接地情況檢測(cè)，開展放電和溫度的異常診斷，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患。尤其對(duì)高溫、濕熱地區(qū)，還應(yīng)注意接地線、接地排、箱體的銹蝕情況，對(duì)由此可能引起的接地可靠性進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。結(jié)合計(jì)劃停電，逐步對(duì)質(zhì)量較差和局放檢測(cè)異常的電纜終端頭和中間接頭進(jìn)行更換，防止配網(wǎng)跳閘事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

造成肘型頭故障的原因多種多樣，但主要還是由于肘型頭質(zhì)量、安裝工藝以及安裝環(huán)境等原因造成的。本文基于云南電網(wǎng)多起供電區(qū)環(huán)網(wǎng)柜肘型頭與電纜分支箱燒毀現(xiàn)象，通過分析肘型頭故障的原因，得出以下主要結(jié)論。

a）“局部高阻”+“無效接地”導(dǎo)致在肘型頭上沉積的電荷無法移動(dòng)、釋放，形成了較高“懸浮”電位。懸浮電位高到一定程度，會(huì)出現(xiàn)肘型頭對(duì)地以及相間的放電。

b）接地不良或假接地時(shí)，相當(dāng)于高壓對(duì)地整個(gè)回路串了空氣，懸浮電位會(huì)很高，空氣和外半導(dǎo)電屏蔽層之間的介電常數(shù)變化比較大，容易分配到較高的電場(chǎng)強(qiáng)度，導(dǎo)致電場(chǎng)分布均勻性變差，造成肘型頭表面或內(nèi)部發(fā)生局放。

c）電纜肘型頭或者終端外絕緣污穢過重時(shí)，可能導(dǎo)致表面出現(xiàn)局部爬電，放電產(chǎn)生的能量導(dǎo)致肘型頭或者終端局部發(fā)熱。