110kV電纜預(yù)制式中間接頭缺陷分析及防范措施

羅繼輝+徐明良+李春洋+王錦明

摘 要：電力電纜中間接頭是電纜線(xiàn)路中必不可少的部件，也是影響供電安全的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)接頭缺陷的研究分析，有效制訂出質(zhì)量細(xì)節(jié)控制要求，杜絕產(chǎn)品缺陷，建立預(yù)防外力擊穿的有效措施，提高電力電纜線(xiàn)路的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：110 kV電纜；預(yù)制接頭；電纜線(xiàn)路；電纜附件

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.111

隨著國(guó)家電力的發(fā)展，特別是電力電纜線(xiàn)路的迅猛增長(zhǎng)，電纜附件的使用不斷增多，在電纜線(xiàn)路中電纜附件是隨電纜長(zhǎng)期等效使用的，與電纜同等重要，是電纜線(xiàn)路必不可少的部件，同樣是電纜線(xiàn)路安全運(yùn)行的關(guān)鍵產(chǎn)品。電纜附件由于涉及電場(chǎng)控制、界面處理、散熱、老化、絕緣等多方面因素，在電力系統(tǒng)中顯得尤為薄弱，電纜附件在生產(chǎn)制造過(guò)程中的質(zhì)量細(xì)節(jié)控制顯得越來(lái)越重要，對(duì)產(chǎn)品缺陷的研究分析能夠有效制訂出質(zhì)量細(xì)節(jié)控制要求，只要嚴(yán)格按工序控制要求去執(zhí)行，就能杜絕產(chǎn)品缺陷，生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。提升產(chǎn)品品質(zhì)固然重要，可產(chǎn)品在周轉(zhuǎn)、包裝運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝保護(hù)的重要性往往易被忽視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，隨著附件使用量的快速增長(zhǎng)，出現(xiàn)越來(lái)越多的電纜附件故障是由于附件絕緣受到外部破壞，進(jìn)而造成絕緣下降而引起的擊穿，因此，提升電纜附件產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)過(guò)程管理要求和加強(qiáng)保護(hù)措施，對(duì)降低電纜附件故障率具有積極的意義。本文以110 kV預(yù)制式中間接頭應(yīng)力控制管的合模線(xiàn)缺陷和中間接頭外部刺傷為研究對(duì)象，通過(guò)仿真、實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證的手段，分析了產(chǎn)品缺陷的危害，加強(qiáng)了對(duì)生產(chǎn)制造質(zhì)量細(xì)節(jié)的控制，對(duì)電纜附件周轉(zhuǎn)過(guò)程管理和保護(hù)的重要性進(jìn)行了充分肯定，并提出了防范措施。

1 缺陷模型的設(shè)計(jì)

1.1 中間接頭應(yīng)力控制管合模線(xiàn)缺陷

110 kV中間接頭采用幾何結(jié)構(gòu)法即應(yīng)力錐、應(yīng)力控制管來(lái)解決電場(chǎng)集中問(wèn)題，從而改善電纜絕緣屏蔽層及線(xiàn)芯連接部位的電場(chǎng)分布。應(yīng)力錐、應(yīng)力控制管均通過(guò)模具注射成型，這樣制品上必然有合模線(xiàn)存在，為了便于脫模，合模線(xiàn)通常設(shè)計(jì)在直線(xiàn)段上接近曲線(xiàn)段。此位置場(chǎng)強(qiáng)較為集中，存在合模線(xiàn)需要打磨的情況，特別是中間接頭應(yīng)力控制管的生產(chǎn)中需要對(duì)合模線(xiàn)進(jìn)行打磨。合模線(xiàn)的處理要求較高的生產(chǎn)技術(shù)作為保障，如果不進(jìn)行打磨或打磨不完全，則易在此位置形成尖端，并發(fā)生尖端放電現(xiàn)象，如圖1所示；如果打磨程度過(guò)深，則會(huì)在應(yīng)力控制曲線(xiàn)的圓弧上產(chǎn)生新的尖端，導(dǎo)致局部發(fā)生放電現(xiàn)象。為此，技術(shù)小組設(shè)計(jì)了中間接頭應(yīng)力控制管合模線(xiàn)存在的尖端和凹陷2組電場(chǎng)控制缺陷模型。

1.2 中間接頭絕緣受損的缺陷模型

中間接頭的原料是硅橡膠材料，體積電阻率≥1 015 Ω·cm，1 mm厚的硅橡膠材料的耐受電壓大于等于23 kV。接頭尺寸數(shù)據(jù)表明，中間接頭應(yīng)力管處絕緣厚度為34 mm，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的型式試驗(yàn)，局部放電試驗(yàn)在96 kV下未檢測(cè)出超出背景的放電，工頻電壓試驗(yàn)為160 kV/30 min，128 kV電壓下進(jìn)行20個(gè)熱循環(huán)，未擊穿、閃絡(luò)，充分證明中間接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，原材料電氣、物理性能及生產(chǎn)工藝符合技術(shù)要求。正常情況下，產(chǎn)品能夠長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行。

如果接頭硅橡膠主體受到了外力損傷，34 mm厚的硅橡膠在絕緣不足的情況下有被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)有限元分析，距接頭端部130 mm區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)較弱，場(chǎng)強(qiáng)從應(yīng)力錐到應(yīng)力管是逐步增強(qiáng)的，如圖2所示，技術(shù)小組設(shè)計(jì)了距接頭端部160 mm和220 mm位置作外部刺傷模擬驗(yàn)證試驗(yàn)。

2 缺陷模型實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)好的缺陷模型制作了4個(gè)有缺陷的中間接頭，即應(yīng)力管合模線(xiàn)有凹陷、應(yīng)力管合模線(xiàn)有尖端、距接頭主體端部160 mm處刺傷15 mm深缺陷、距接頭主體端部220 mm處刺傷10 mm深缺陷。分別對(duì)4個(gè)有缺陷的中間接頭進(jìn)行了工頻耐壓和局部放電試驗(yàn)。

2.1 應(yīng)力管合模線(xiàn)有凹陷缺陷試驗(yàn)

合模線(xiàn)凹陷實(shí)物剖面圖如圖3所示。

試驗(yàn)環(huán)境：溫度31 ℃，濕度77%；試驗(yàn)室背景噪聲為1.8 pC

試品規(guī)格型號(hào)：1×800 mm2中間接頭

安裝完成靜置20 min后，按照GB/T 11017標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電氣試驗(yàn)。

試驗(yàn)順序：①升壓到96 kV，沒(méi)有觀察到超過(guò)背景值局放，電壓降回到0；②再次升壓到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為1.8 pC。③再次升壓到128 kV，耐壓1 h，試品未擊穿、閃絡(luò)。④工頻耐壓后的局放試驗(yàn)。升壓到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為2.7 pC。⑤工頻耐壓試驗(yàn)160 kV（1 h），試品未擊穿、閃絡(luò)。

安裝完成靜置20 min后，按照GB/T 11017標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電氣試驗(yàn)。

試驗(yàn)順序及結(jié)果：①升壓到96 kV，沒(méi)有觀察到超過(guò)背景值的放電，電壓降至0；②再次升壓到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為7.2 pC。③再次升壓到128 kV，耐壓1 h，試品未擊穿、閃絡(luò)。④工頻耐壓后的局放試驗(yàn)。再次升壓到

112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量為8.8 pC。⑤工頻耐壓試驗(yàn)160 kV（1 h），耐壓到43 min時(shí)試品擊穿。

中間接頭發(fā)生擊穿以后，技術(shù)小組將接頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解剖，擊穿點(diǎn)位于接頭應(yīng)力控制管的缺陷位置范圍，如圖5所示。

通過(guò)試驗(yàn)可以看出，應(yīng)力控制管合模線(xiàn)凹陷缺陷對(duì)電氣性能沒(méi)有明顯影響，能順利通過(guò)試驗(yàn)。應(yīng)力控制管端部的合模線(xiàn)尖端缺陷對(duì)產(chǎn)品電性能是有影響的，在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)局放信號(hào)，在160 kV耐壓過(guò)程中發(fā)生擊穿。

2.3 中間接頭絕緣表面刺傷缺陷試驗(yàn)

選用2個(gè)已通過(guò)96 kV局放測(cè)試和160 kV耐壓1 h試驗(yàn)合格的中間接頭作為試品，分別對(duì)2個(gè)接頭進(jìn)行刺傷，一個(gè)深度為10 mm，一個(gè)深度為15 mm，刺傷如圖6所示，最后進(jìn)行電性能測(cè)試。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果如表1所示，接頭外部擊穿點(diǎn)如圖7所示。

通過(guò)試驗(yàn)可以看出，在接頭主體上有刺傷的情況下，耐壓120 kV以下就會(huì)發(fā)生擊穿，特別是在應(yīng)力管上位置區(qū)域如果有一定深度的刺傷，則可能在較低的電壓下直接從接頭主體刺傷處擊穿。

3 接頭缺陷試驗(yàn)結(jié)論

應(yīng)力管合模線(xiàn)尖端、接頭外部損傷，尤其是靠近應(yīng)力管位置會(huì)對(duì)接頭產(chǎn)品造成嚴(yán)重影響。應(yīng)提高110 kV電力電纜附件出廠試驗(yàn)局放、耐壓值要求，有效地檢測(cè)出產(chǎn)品缺陷。

4 對(duì)中間接頭外部損傷的防范措施

對(duì)中間接頭外部損傷的防范措施：①制訂合模線(xiàn)打磨工藝規(guī)程，使用高精度設(shè)備進(jìn)行打磨，避免人為因素的影響；采用投影測(cè)量的方法對(duì)合模線(xiàn)的平整度進(jìn)行檢查。②將應(yīng)力主體的電氣試驗(yàn)要求提高，要求產(chǎn)品在128 kV無(wú)局放，160 kV耐壓30 min不擊穿、不閃絡(luò)，方可定為合格品。③對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，加強(qiáng)產(chǎn)品周轉(zhuǎn)管理，設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)，并安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)半成品在出廠試驗(yàn)前后的搬運(yùn)。④在中間接頭通過(guò)電氣性能測(cè)試后，馬上清洗并烘干。用真空密封袋進(jìn)行密封保存。⑤將包裝中間接頭的泡沫加厚，全封閉式包裹，避免運(yùn)輸過(guò)程中的破壞。與運(yùn)輸公司簽訂責(zé)任協(xié)議，嚴(yán)格要求其確保運(yùn)輸過(guò)程的質(zhì)量安全。⑥及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)帶有鐵釘、毛刺的木板等材料，避免中間接頭主體在取出清理、安裝過(guò)程中被刺傷。⑦增強(qiáng)工程人員的質(zhì)量意識(shí)，在產(chǎn)品安裝前進(jìn)行嚴(yán)格的外觀檢查，盡早發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)隱患。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)此次110 kV電纜預(yù)制式中間接頭缺陷試驗(yàn)驗(yàn)證分析可以發(fā)現(xiàn)，電纜附件發(fā)生擊穿故障的原因有很多，技術(shù)人員分析的關(guān)注點(diǎn)往往集中在電纜附件產(chǎn)品本體質(zhì)量上，尤其是電纜附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材質(zhì)的性能。電纜附件本體質(zhì)量直接影響了產(chǎn)品的安全性能，但電纜附件在周轉(zhuǎn)過(guò)程及安裝現(xiàn)場(chǎng)中受到的外部損傷也應(yīng)引起人們的高度重視。對(duì)于目前的電纜線(xiàn)路，人們都比較重視其電氣成效，忽視了它的機(jī)械成效。因此，應(yīng)提高出廠試驗(yàn)局放、耐壓值要求，加強(qiáng)產(chǎn)品外觀檢查，特別注意產(chǎn)品在周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中的防護(hù)工作，提高電力電纜線(xiàn)路的安全性和可靠性。

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〔編輯：張思楠〕