一起基于紅外圖像的高壓電纜終端異常發(fā)熱缺陷分析

羅汪彬，謝 維，徐宏斌，陳 鴻，陳 偉

（福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門361000）

紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用在電纜運(yùn)行管理領(lǐng)域已有多年，從最初的使用點(diǎn)式測(cè)溫儀對(duì)電纜連接點(diǎn)的簡(jiǎn)單溫度讀取，到目前已得以廣泛運(yùn)用的非致冷型焦平面紅外熱像儀對(duì)全部被測(cè)物體進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集[1,2]，從220kV至10kV的多層次電纜管理得到普及運(yùn)用。紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)發(fā)現(xiàn)由電流致熱型缺陷引起的接點(diǎn)發(fā)熱和由于電壓致熱型缺陷引起的絕緣隱患有比較明顯的優(yōu)勢(shì)[3]，同時(shí)由于其非接觸、不停電、不解體的工作方式，能夠最大限度地發(fā)現(xiàn)并確診缺陷[4]，使得對(duì)電纜設(shè)備的壽命檢修成為可能[5]。在當(dāng)前電力供應(yīng)比較緊缺的情況下，確保電網(wǎng)穩(wěn)定，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本，將缺陷隱患消滅在萌芽狀態(tài)具有積極意義[6]。

1 缺陷線路情況介紹

福建省廈門市110kV將軍祠變電站110kV禾將I回、110kV禾將Ⅲ回復(fù)合套管終端系2018年12月安裝，缺陷電纜110kV禾將I回、110kV禾將Ⅲ回為純電纜線路，如圖1所示。

圖1 電纜系統(tǒng)圖

2 缺陷問題描述

2021年7月12日，工作人員在日常巡視中發(fā)現(xiàn)將軍祠變電站110kV禾將Ⅰ、Ⅲ回110kV復(fù)合套管終端存在個(gè)別相終端套管、接地連接處發(fā)熱的問題。于當(dāng)日夜晚使用紅外熱成像儀觀測(cè)110kV禾將Ⅰ、Ⅲ回110kV復(fù)合套管終端，發(fā)現(xiàn)：禾將Ⅲ回A、B相終端復(fù)合套管最下端的傘群根部有亮斑（背光側(cè)），其中A相溫度較高，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量套管表面最高溫度為37.2℃（套管溫度約為29.2℃），如圖2(a)；110kV禾將Ⅲ回C相終端接地連接處有大面積亮斑，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接地連接處表面最高溫度為34.2℃，如圖2(b)；110kV禾將Ⅰ回B、C相終端復(fù)合套管最下端的傘群下端有幾處不規(guī)則分布的亮斑（向光側(cè)），如圖2(c)和圖2(d)所示。根據(jù)紅外熱成像儀觀測(cè)結(jié)果，套管表面發(fā)熱位置分布呈現(xiàn)不規(guī)則性，初步判斷為終端套管表面積污導(dǎo)致套管表面發(fā)熱。

圖2 復(fù)合套管終端紅外熱成像

電纜運(yùn)檢中心接到反饋后，電纜運(yùn)維人員在2021年07月13日，白天對(duì)將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進(jìn)行測(cè)溫，未發(fā)現(xiàn)發(fā)熱情況。因廈門7月為夏日高溫期，白天日照及高溫影響，日間測(cè)溫?zé)o法真實(shí)反映設(shè)備情況。于2021年07月13日20∶30，電纜運(yùn)檢中心運(yùn)維人員對(duì)將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進(jìn)行測(cè)溫。從測(cè)溫結(jié)果發(fā)現(xiàn)110kV禾將Ⅰ回101電纜終端B、C相終端底部確有存在異常發(fā)熱。發(fā)熱溫度為B相發(fā)熱38.3℃及C相發(fā)熱40.8℃，A相溫度正常。

電纜運(yùn)檢中心人員隨即對(duì)110kV禾將Ⅲ回電纜終端進(jìn)行測(cè)溫。發(fā)現(xiàn)110kV禾將Ⅲ回電纜終端A相終端底部發(fā)熱49.1℃，B相終端底部發(fā)熱42℃。

110kV禾將Ⅲ回電纜終端C相終端底部接地線密封處部位發(fā)熱38.6℃。

電纜運(yùn)檢中心聯(lián)系原電纜終端供貨廠家對(duì)此進(jìn)行核實(shí)。2021年07月14日20∶30，電纜運(yùn)檢中心運(yùn)檢人員與終端廠家對(duì)將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進(jìn)行測(cè)溫，結(jié)果如下：

110kV禾將Ⅲ回A、B相終端復(fù)合套管最下端的傘群根部有亮斑（背光側(cè)），其中A相溫度較高現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量套管表面最高溫度為37.2℃（套管溫度約為29.2℃）。

禾將Ⅲ回C相終端接地連接處有大面積亮斑現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量接地連接處表面最高溫度為34.2℃。

禾將Ⅰ回B、C相終端復(fù)合套管最下端的傘群下端有幾處不規(guī)則分布的亮斑（向光側(cè)）。

根據(jù)紅外熱成像儀觀測(cè)結(jié)果，套管表面發(fā)熱位置分布呈現(xiàn)不規(guī)則性，初步判斷為終端套管表面積污導(dǎo)致套管表面發(fā)熱。

3 缺陷問題處理

3.1 帶電清掃

2021年7月15日上午，電纜運(yùn)檢中心協(xié)同輸電室?guī)щ姲鄬?duì)將軍祠變110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜進(jìn)行帶電清掃，清掃措施為采用帶電動(dòng)掃把的絕緣桿對(duì)終端底部進(jìn)行帶電清掃。完成帶電清掃后，立即對(duì)110kV禾將Ⅰ、Ⅲ回電纜終端相進(jìn)行復(fù)測(cè)，但由于收到陽光照射的影響，套管向光側(cè)以及金屬支架的溫度較高，對(duì)紅外熱成像儀的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響，在熱成像儀中無法明顯看到特征發(fā)熱位置的局部特征亮斑。

2021年7月15日20:30，電纜運(yùn)檢中心再次對(duì)110kV禾將Ⅰ回、Ⅲ回電纜終端進(jìn)行測(cè)溫。

110kV禾將Ⅲ回A相終端在清掃后發(fā)熱處最高溫度為35.7℃（套管溫度31℃）。

110kV禾將Ⅲ回B相、禾將Ⅰ回B、C相終端發(fā)熱處最高溫度無明顯降低。

3.2 電纜終端套管更換及處理

2021年08月23、24日，電纜運(yùn)檢中心對(duì)110kV禾將Ⅲ回A相電纜終端進(jìn)行更換處理，對(duì)C相接地線密封處進(jìn)行開剝檢查，對(duì)B相終端進(jìn)行清掃。情況如下：

110kV禾將Ⅲ回A相電纜終端被拆解，并更換套管。

在對(duì)110kV禾將Ⅲ回A相電纜終端拆解后發(fā)現(xiàn)：

絕緣填充劑清澈、透明、無雜質(zhì)，未發(fā)現(xiàn)潮氣侵入痕跡。復(fù)合套管內(nèi)壁無臟污、黑點(diǎn)、放電燒蝕等痕跡。應(yīng)力錐罩內(nèi)外表面光滑、白皙、無臟污，無肉眼可見黑點(diǎn)、劃痕、放電燒蝕等痕跡。

應(yīng)力錐表面光滑，無肉眼可見缺陷、黑點(diǎn)，無放電燒蝕痕跡。

電纜絕緣表面光滑，無肉眼可見刀痕，半導(dǎo)電口打磨光滑平整，電纜無肉眼可見放電燒蝕痕跡。

綜上所述，初步判斷該相終端套管表面發(fā)熱原因不是由終端內(nèi)部引起，而是套管外表面臟污引起。在更換一套全新的復(fù)合套管終端后，對(duì)A相電纜終端進(jìn)行復(fù)原。

對(duì)110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處進(jìn)行開剝。

廠家人員在拆解110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處過程中發(fā)現(xiàn)：

拆除熱縮管后有發(fā)現(xiàn)潮氣進(jìn)入的痕跡。

拆除防水帶后發(fā)現(xiàn)終端與電纜接地連接處的銅編織地線有銹蝕痕跡。

拆除銅編織地線后發(fā)現(xiàn)電纜金屬護(hù)套表面有氧化銹蝕痕跡。

綜上所述，判斷110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處發(fā)熱的原因是接地連接處密封失效，導(dǎo)致潮氣侵入，氧化了接地連接處的銅編織地線和電纜金屬護(hù)套表面，造成接觸電阻增大，導(dǎo)致接地連接處發(fā)熱?；谠搯栴}，廠家人員在恢復(fù)接地方式后，在原接地位置增加一根軟地線連接到尾管接線孔處，然后在接地連接位置外側(cè)纏繞4～5層環(huán)氧玻璃絲帶（增加一道密封），環(huán)氧玻璃絲帶外側(cè)纏繞若干層防水帶（增加密封可靠性），防水帶外側(cè)纏繞兩層鎧裝帶（外部機(jī)械防護(hù)），最后，在鎧裝帶外側(cè)包覆黑色阻燃膠帶，至此完成該相終端接地連接處的處理。

4 發(fā)熱原因分析

4.1 電纜終端復(fù)合套管終端結(jié)構(gòu)剖析

110kV復(fù)合套管戶外終端（WYJZWFY464/110kV）結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)紅外成像儀探測(cè)的套管及接地連接處的發(fā)熱位置（套管發(fā)熱位置）。從圖3中可以看出復(fù)合套管表面發(fā)熱位置與應(yīng)力錐安裝位置處于同一高度，由于應(yīng)力錐是電纜終端的電應(yīng)力控制的核心部件，承擔(dān)著疏散電纜半導(dǎo)電斷口電應(yīng)力集中的功能，該項(xiàng)功能決定了該電纜終端系統(tǒng)中，應(yīng)力錐位置及其附近的電場(chǎng)強(qiáng)度要高于終端其他位置電場(chǎng)強(qiáng)度，這也將導(dǎo)致應(yīng)力錐附近位置的溫度要略高于終端其他位置。若圖中套管標(biāo)記位置表面有污穢沉積，則污穢區(qū)域會(huì)改變套管表面的電場(chǎng)分布，特別是污穢區(qū)域的邊界處電場(chǎng)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，進(jìn)一步加劇套管標(biāo)記位置表面的發(fā)熱。

圖3 電纜終端結(jié)構(gòu)

接地連接處為終端尾管與電纜鋁護(hù)套連接部位（接地線發(fā)熱部位），該部位的連接方式為焊接編織地線的方式。若編織地線與尾管或電纜鋁護(hù)套之間連接不緊密導(dǎo)致虛接，則會(huì)引起該部位連接發(fā)熱；若電纜鋁護(hù)套與銅編織地線搭接處發(fā)生氧化，導(dǎo)致虛接，也是引起該部位連接發(fā)熱原因之一。

分析電纜在此處擊穿的原因，是中間接頭安裝時(shí)，在處理電纜的過程中，剝除電纜阻水緩沖層時(shí)，美工刀對(duì)電纜造成了局部輕微劃傷，因?yàn)閯潅^輕且可能位于電纜放置的下方位置，未進(jìn)行認(rèn)真檢查，從而使電纜帶缺陷運(yùn)行。

分析電纜在此處擊穿的原因，是中間接頭安裝時(shí)，在處理電纜的過程中，剝除電纜阻水緩沖層時(shí)，美工刀對(duì)電纜造成了局部輕微劃傷，因?yàn)閯潅^輕且可能位于電纜放置的下方位置，未進(jìn)行認(rèn)真檢查，從而使電纜帶缺陷運(yùn)行。

4.2 電纜終端復(fù)合套管終端結(jié)構(gòu)剖析

針對(duì)電纜終端套管發(fā)熱原因，建立110kV復(fù)合套管終端的仿真模型（二維旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱模型），通過仿真對(duì)比套管表面無污穢和有污穢套管表面電場(chǎng)強(qiáng)度大小來進(jìn)行佐證。其中仿真電壓為64kV。

110kV復(fù)合套管終端無污穢套管表面電場(chǎng)分布結(jié)果如圖4所示。從仿真結(jié)果可以看出，套管表面最大電場(chǎng)處出現(xiàn)在套管最下端傘群根部，大小為0.26kV/mm。

圖4 復(fù)合套管終端表面電場(chǎng)分布

當(dāng)人為地在套管最下端傘群根部附近增加一層厚度為0.1mm的污穢區(qū)域，其仿真結(jié)果如圖5所示。從仿真結(jié)果中可以看出，在污穢區(qū)域邊界處的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，可達(dá)2.31kV/mm，與無污穢的終端相比，該部位電場(chǎng)強(qiáng)度增大了將近10倍。

圖5 增加污穢后的復(fù)合套管終端表面電場(chǎng)分布

5 防范建議

110kV禾將Ⅲ回C相終端接地線密封處發(fā)熱的原因是接地連接處密封失效，導(dǎo)致潮氣侵入，氧化了接地連接處的銅編織地線和電纜金屬護(hù)套表面造成接觸電阻增大，導(dǎo)致接地連接處發(fā)熱。結(jié)論為廠家施工人員施工質(zhì)量問題。

再對(duì)比廠家提供的電纜終端仿真分析結(jié)果可以判定為電纜終端表面積灰造成電纜終端底部發(fā)熱。

加強(qiáng)電纜終端驗(yàn)收管理，對(duì)電纜終端施工安裝記錄及關(guān)鍵部位拍照留底的管控措置進(jìn)行嚴(yán)格要求[7]。在條件允許的情況下，對(duì)電纜終端、電纜中間接頭關(guān)鍵部位施工安裝進(jìn)行旁站，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。建議今后對(duì)戶外復(fù)合套管終端進(jìn)行有計(jì)劃的停電清洗或者帶電水沖洗。