一起35 kV電纜終端頭擊穿事故分析

劉佳坤

（保定云鷹能源科技有限公司，河北 保定 071051）

0 引 言

35 kV冷縮電纜終端頭是利用彈性體材料（常用的有硅橡膠和乙丙橡膠）在工廠內(nèi)注射硫化成型，再經(jīng)擴徑、襯以塑料螺旋支撐物構(gòu)成各種電纜附件的部件?，F(xiàn)場安裝時，將這些預(yù)擴張件套在經(jīng)過處理后的電纜末端或接頭處，抽出內(nèi)部支撐的塑料螺旋條（支撐物），壓緊在電纜絕緣上構(gòu)成電纜附件。因為它在常溫下靠彈性回縮力，而不是像熱收縮電纜附件用火加熱收縮，故俗稱冷收縮電纜附件[1]。

1 背景

35 kV冷縮電纜終端頭具有非常廣泛的應(yīng)用，得益于其自身具有應(yīng)用簡單、操作方便以及占用空間小等優(yōu)點，確保了其具有較高的適用性。相較于熱收縮電纜附件，在使用過程中不需要進行加熱，常溫下即可使用，能夠大大縮短整個安裝時間，且其受力彎曲后內(nèi)部層間不會像熱收縮電纜附件易脫開。相較于與預(yù)制電纜附件，兩者都是在彈性力的作用下實現(xiàn)內(nèi)部界面自身的特性，但是冷收縮電纜附件不必與電纜截面進行一一對應(yīng)，大大降低了安裝難度，提高了安裝質(zhì)量。此外，需要注意，冷縮電纜終端頭在儲存過程中始終處于高張力狀態(tài)，對儲存條件提出了較高要求。為了確保其性能不受影響，要采取有效的措施避免冷縮電纜終端頭出現(xiàn)變形或松弛現(xiàn)象，進而為其安裝質(zhì)量提供可靠保障[2]。

冷縮電纜附件對安裝工藝要求比較嚴格，因為安裝過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)、氣隙以及尖角毛力錐的安裝不當都會導致放電擊穿。常見的安裝工藝不符合技術(shù)要求或有刺，都會造成固體絕緣介質(zhì)沿面放電，也會造成電纜屏蔽層切斷處的電場畸變。

冷縮電纜附件安裝時應(yīng)注意以下幾點：

（1）剝切內(nèi)護套時，避免劃傷銅屏蔽層，使斷口處電場強度增強，容易放電；

（2）剝切銅屏蔽層時用力不當，劃傷半導體層，容易存在氣隙；

（3）剝切電纜半導層時用力不當，使主絕緣層表面有傷痕跡，容易產(chǎn)生氣隙；

（4）屏蔽斷開處和半導體層斷開處有尖角毛刺未處理平整；

（5）電纜半導體屏蔽層剝離后沒有清除干凈，半導體殘留在主絕緣上；

（6）主絕緣和屏蔽斷口處未用硅脂膏填充，留下隱患，產(chǎn)生閃絡(luò)放電；

（7）冷縮附件和電纜絕緣層之間沒有潤滑硅脂填充，造成放電氣隙；

（8）安裝冷縮附件時應(yīng)力錐部分安裝不到位甚至損壞而產(chǎn)生氣隙，導致應(yīng)力控制部件失效。

當存在以上安裝工藝問題時，就會導致電場集中，特別是運行中，冷熱效應(yīng)、彎曲效應(yīng)等都會加大氣隙。即使不能立刻發(fā)生擊穿，也會在主絕緣層內(nèi)部形成電樹枝，并且向縱深發(fā)展，加速絕緣層老化，繼而發(fā)生冷縮電纜附件擊穿問題。所以，要熟練掌握冷縮電纜終端頭的制作工藝，嚴格執(zhí)行電纜終端頭制作工藝標準，增強對交聯(lián)電纜結(jié)構(gòu)及附件特性的了解，從本質(zhì)上掌握其工藝要求，并加強電纜頭制作過程中剝切力度和制作細節(jié)的控制。

2 概況

某光伏電站出現(xiàn)電纜終端頭擊穿事故，具體表現(xiàn)為：組合式變壓器高壓側(cè)電纜終端A相出現(xiàn)擊穿短路，導致保護跳閘；擊穿點在電纜終端頭中間，其他兩相外觀良好；該線路上每相接線共3條，其中最外面一條擊穿短路；設(shè)備是2017年6月30號完工并送電運行，運行時長9個月左右。

3 事故原因分析

據(jù)統(tǒng)計，此事件已經(jīng)多次發(fā)生。一般來說，行業(yè)內(nèi)的冷縮附件事故概率范圍為0.2%～0.5%（套數(shù)）。如果電纜冷縮附件多次發(fā)生這種情況，首先應(yīng)該從安裝工藝上尋找原因，其次要查看冷縮電纜附件本身的材料和設(shè)計制造工藝問題。該線路上每相接線共3條，其中最外面的一條電纜A相在冷縮終端附件中間對地短路擊穿。通過對發(fā)生擊穿的電纜終端進行破解分析發(fā)現(xiàn)，電纜絕緣層已經(jīng)嚴重燒毀，絕緣層上有一明顯放電擊穿點，硅橡膠內(nèi)部有因長時間放電產(chǎn)生的硬質(zhì)玻璃化顆粒。

3.1 原因初步分析

從接線端子到冷縮附件應(yīng)力錐體，電纜絕緣介質(zhì)在電場作用下，由于絕緣層漏導電流、電損耗或孔隙局部氣體電離放電產(chǎn)生放熱，使電纜冷縮附件和電纜絕緣層溫度逐步升高。隨著時間延續(xù)，積熱增多，當達到一定溫度時，冷縮電纜附件會開裂、玻璃化或碳化，電纜絕緣層性能被破壞而導致?lián)舸?。其中，電纜樹枝化放電現(xiàn)象是絕緣介質(zhì)擊穿前漫長的先導擊穿過程。在引發(fā)樹枝萌芽前已有漫長的誘導期，樹枝化放電引發(fā)后，經(jīng)漫長的發(fā)展過程，最后導致絕緣介質(zhì)擊穿。一般認為，電樹枝的引發(fā)時間比擴展時間要長得多，特別是引發(fā)樹枝后，在樹枝尖端產(chǎn)生有效的電暈放電，那么樹枝便會很快擴展。因此，運行中的電纜經(jīng)過電壓反復沖擊作用（相當于高頻后），一旦產(chǎn)生電樹枝，就會很快擴展到最后的擊穿。所以，一根電纜在運行過程中一旦產(chǎn)生了電樹枝，其壽命終點就會臨近。在對本套電纜附件進行剖解時發(fā)現(xiàn)，B相冷縮電纜附件中出現(xiàn)了電樹枝現(xiàn)象。圖1為B相冷縮電纜終端頭，圖2為電纜絕緣層擊穿點，圖3為冷縮電纜終端附件硅橡膠長時間放電痕跡。

圖1 B相冷縮電纜終端頭

圖2 電纜絕緣層擊穿點

圖3 冷縮電纜終端附件硅橡膠長時間放電痕跡

3.2 施工工藝分析

由于A相終端頭已擊穿，將未出現(xiàn)事故的B、C相進行工藝剖解分析，情況如下。

①（B相）現(xiàn)象：冷縮終端內(nèi)有半導電帶，電纜絕緣層有放電痕跡。原因分析：由于外半導層和銅屏蔽上纏繞的半導電帶纏繞松動，導致施工抽拉冷縮終端內(nèi)襯條時，襯管條將半導電帶帶入終端，形成一條對地的放電通道。其中，圖4為半導電帶被終端內(nèi)的襯管條帶動方向圖，圖5為被帶動的半導電帶在終端內(nèi)的位置，圖6為由于半導電帶的因素導致的絕緣層的放電痕跡（電樹枝）。

圖4 半導電帶被終端內(nèi)的襯管條帶動方向圖

圖5 被帶動的半導電帶在終端內(nèi)的位置

圖6 由于半導電帶的因素導致的絕緣層的放電痕跡（電樹枝）

②（C相）現(xiàn)象：單相銅端子與電纜絕緣層之間只有填充膠，沒有使用紅色密封膠帶。圖7為端子填充只使用密封膠或填充膠的圖片，標準工藝應(yīng)該為白色填充膠在內(nèi)填充，紅色密封膠在外密封。圖8為端子填充膠和密封膠的使用工藝圖解。

圖7 端子填充只使用密封膠或填充膠的圖片

圖8 端子填充膠和密封膠的使用工藝圖解

4 結(jié) 論

基于以上未出現(xiàn)擊穿事故的電纜冷縮終端附件的剖析發(fā)現(xiàn)，該套冷縮電纜施工工藝存在嚴重的制作工藝缺陷。一周前，該站另一臺擊穿的冷縮附件的具體問題為：電纜的外半導層沒有和冷縮終端附件的應(yīng)力錐進行有效搭接，導致電纜屏蔽層斷面電場不均勻引起絕緣擊穿事故[3]。根據(jù)以上問題統(tǒng)計，綜合判斷認為，在該系統(tǒng)工程中，平均每3個月就會出現(xiàn)一次事故，且這種頻率是在負荷輕載運行模式下。如果在滿負荷大電流運行模式下，事故的頻率將會有所增加。按照出現(xiàn)1次事故停電1天的時間計算，每次事故的損失平均在10萬元左右。為了保證電站設(shè)備的平穩(wěn)、安全和經(jīng)濟運行，建議在近期發(fā)電量較少期間，對該電站進行全面故障排查，其中耐壓試驗、破壞性抽查冷縮終端的制作工藝尤為重要。抽查中若發(fā)現(xiàn)不合格，按照一定的抽查比例，最終判定該批電纜終端施工工藝是否合格，是否可以繼續(xù)運行[4]。

綜上所述，電纜終端施工工藝直接關(guān)系電力電纜能否正常、安全與可靠運行。加強施工工藝管理工作，確保安裝質(zhì)量，做好預(yù)防試驗等，是電力電纜線路安全運行的保障，是減少經(jīng)濟損失的一項必要措施。

[1] 趙 明，邵永偉.一起35kV電力電纜缺陷事故的分析及處理[J].廣東科技，2011，（12）：138-139.

[2] 武云峰.一起35kV電纜事故引發(fā)對有關(guān)現(xiàn)行規(guī)定的思考[J].供用電，2012，（2）：69-72.

[3] 盧向東，史 磊，王偉臣.一起220kV電纜事故處理分析[J].工程技術(shù)（引文版），2016，（93）：215.

[4] 方亮華.一起電纜線路事故原因分析[J].廣西電業(yè)，2012，（7）：82-83.