两起中压电缆绝缘屏蔽处击穿事故分析

摘 要：在电网规模不断扩大的今天，城市配电网电缆的长度已经逐渐超过了架空线路的长度，这就对电缆线路供电的安全性和可靠性提出了更高的要求。在电缆线路的运行过程中发现，经常会出现电缆端部金属护套和屏蔽层断开位置绝缘被击穿而引发事故的情况。简要阐述了国网晋中供电公司发生的两起中压电缆事故，并分析了电缆端部绝缘屏蔽处的电场分布情况，就如何改善电场分布，降低电缆端部金属护套和屏蔽断开后电场强度问题提出了相关意见，以期不断提升运检质量。

关键词：事故分析；电力电缆；绝缘性能；电场分布

中图分类号：TM215.92 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.001

1 概述

随着电网规模的不断扩大，电力电缆以其特有的优势被应用于地下、水底等各种敷设环境中，因为它能满足长期、安全传输电能的需求。近几年，高电压、大容量、大长度电力电缆研制和应用在不断发展，交联聚乙烯电力电缆作为主流产品已经被广泛应用于输电线路和配电网中。在一些发达城市的配用电系统中，电缆线路的长度已经超过了架空线路的长度。

截至2014年底，笔者所在的国网晋中供电公司已投运的220 kV电压等级交联聚乙烯电力电缆有5.3 km，110 kV电压等级的有50.7 km，城市配网10 kV电缆有233.7 km。电力电缆线路故障率与多数电力设备一样，投入运行初期（1～5年内）容易发生运行故障，这主要是因为电缆及其附件产品的质量和电缆敷设安装质量问题；在运行中期（5～25年内），电缆本体和附件基本进入了稳定期，线路运行故障率比较低；在运行后期（25年后），电缆本体绝缘树枝状老化、电—热老化和附件材料老化加剧，电力电缆的运行故障率大幅上升。通过分析笔者所在公司的两起中压电缆事故，明确了交联聚乙烯电缆端部屏蔽处绝缘击穿问题和施工安装环节的注意事项。

2 案例分析

2.1 10 kV915韩联线电缆绝缘击穿事故

10 kV915韩联线于2004-06投运，线路全长7.3 km。其中，电缆段3.2 km，架空段4.1 km，为混合线路。线路前段采用变电站电缆送出后上杆架空供电，后段采用电缆线路供电。线路高峰负荷为3 100 kW。干线电缆均采用YJLV22-3×300型，由榆缆集团生产。

事故经过：2015-03-27T09：13，110 kV城中站10 kVⅠ母C相瞬间接地，同时，有群众通知韩联线1号电杆着火。经巡视人员现场检查后发现，10 kV韩联线1号杆C相电缆终端雨裙处明显被烧伤，呈灰白色，如图1所示。现场通过红外测温，该处温度为9.7 ℃，电缆本体运行温度为7.7 ℃，相差2 ℃，如图2所示。根据《带电设备红外诊断应用规范》可知，这属于严重缺陷，初步判定绝缘受损。考虑到是在阴雨天气发生的故障，所以，要与调度联系、沟通后作紧急停运处理。14：42，10 kV韩联线、电机线紧急停运后（10 kV韩联线1～15号杆与10 kV电机线同杆架设）重新制作连接故障电缆终端，将原终端头（型号无法确认）更换为3M公司生产的15 kV5602PST-G2型。17：56恢复韩联线、电机线送电。处理后的情况如图3、图4所示。

事故分析：通过对故障电缆终端头的解剖检查发现，主绝缘已被击穿，电缆线芯外露，如图5所示。经过分析可知，这是典型的电缆终端绝缘屏蔽断口电场分布不均匀的情况，导致绝缘逐渐劣化，使其被击穿。引发此次故障的直接原因是在制作电缆终端的过程中，剥除了绝缘屏蔽后，产生了对绝缘极为不利的切向电场，屏蔽层断口处也成为了电缆最容易被击穿的部位。受施工工艺的影响，屏蔽处刀伤、切口不平整；再加上电缆运行年久，绝缘屏蔽与主绝缘结合处包裹的半导带分散电场应力的作用减弱，导致该处电场分布不均匀，电场应力增大，主绝缘薄弱处被击穿，将电缆主绝缘外侧包裹的接地铜屏蔽熔化，引起瞬间接地、电缆头烧伤。

2.2 绵山220 kV变电站35 kVⅠ段电缆事故

故障前运行方式：绵山站35 kV为单母分段接线方式，分段360断路器在热备状态，1号主变带35 kVⅠ段母线和出线负荷；2号主变带35 kVⅡ段母线和出线负荷。35 kV出线电缆均为单芯电缆，型号为YJY-26/35 1×300.

故障过程：2014-07-06T08：54，绵山站35 kVⅠ段母线C相接地，A相为36.9 kV，B相为34.3 kV，C相为2.8 kV。在拉路过程中（35 kV义安线367开关曾拉路），09：59，1号主变RCS-978E低后备保护动作301开关掉闸，35 kVⅠ段母线失电（380金昌线、368城东I线、366三盛I线）。与此同时，35 kV义安线367开关过流Ⅰ段保护动作掉闸，1号消弧线圈381开关过流Ⅰ段保护动作掉闸。

故障处理：2014-07-06，检修人员检查发现35 kV义安线367室外出线0号杆B相电缆头炸裂，35 kV1号消弧线圈381开关柜母线侧C相CT炸裂，381开关柜内C相电缆被烧毁。17：46，拆除1号消弧线圈381开关柜母线侧C相CT。将其更换为绝缘支柱后，35 kVⅠ段母线恢复送电。2014-07-07，重新制作1号消弧线圈381开关柜母线侧C相电缆头，试验合格，1号消弧线圈381恢复运行；2014-07-08，重新制作义安线367室外出线B相电缆头，恢复义安线供电。

经过现场勘查，综合保护信息后判断故障原因为：35 kV1号消弧线圈381开关柜内C相电缆头绝缘被击穿、烧毁，如图6所示，对屏蔽线放电，造成35 kVⅠ段母线接地故障；1号消弧线圈381开关柜母线侧CT参数不当，为20/5，当C相接地过流时，CT迅速饱和过热，绝缘降低，最终爆炸，A相、B相线电压升高（21 kV升高至36 kV）。义安线367室外B相电缆头长时间（1 h 5 min）在过电压下运行，导致绝缘被击穿、接地，如图7所示。2条电缆绝缘击穿处均为电缆终端金属护套和屏蔽断开处，导致35 kV义安线367、1号消弧线圈381开关过流Ⅰ段保护动作掉闸和1号主变RCS-978E低后备保护动作301开关掉闸。

3 电缆终端和接头的绝缘性能

由文中所述的两起事故可知，在制作电力电缆的终端或接头时，屏蔽层断口处是电缆最容易被击穿的部位，所以，在安装电缆终端和接头的过程中，必须要重视这个问题。

3.1 电缆端部的电场分布

在制作电缆终端和接头时，由于电缆端部金属护套和屏蔽层断开，其电场分布情况比电缆绝缘层内的分布更加复杂。突出表现为靠近金属护套边缘处的电场强度明显增强，具有较大的轴向应力，即电场有沿着电缆长度方向分布的不均匀分量。电缆绝缘沿表面的击穿强度比垂直于表面的击穿强度低得多，因此，必须高度重视轴向分量的存在。最大电场强度可用公式表示，即：

3.2 改善金属护套边缘处电场分布

由式（1）可知，要想保证电缆的可靠运行，就要削弱该处的电场强度。在制作电缆终端和接头的过程中，一般采用安装应力锥来增大等效半径Re，增大周围媒质的相对介电常数εm。

10～35 kV交联聚乙烯电缆附件一般采用高介电常数材料（介电常数为25～30）制成的应力控制管来替代应力锥，也可将用非线性电阻材料制成较短的应力控制管（或应力控制片、应力控制带等）直接安装在电缆绝缘屏蔽层切断处，以降低电场强度，达到分散电应力的效果，从而保证电缆的可靠运行。

4 电缆绝缘屏蔽处的施工事项

电缆终端和接头屏蔽层断口处的绝缘被击穿，主要取决于施工环境和施工工艺。总结相关经验后，可以有效降低电缆屏蔽层断口处的电场强度。在具体工作中要注意以下几点：①施工现场的环境温度应高于0 ℃，湿度要低于70%.在灰尘比较大和有污秽的地区，应搭设作业棚。准备施工的电缆试验要合格，保证端头绝缘没有受损；安装附件为正规厂家生产的，并且其质量合格，要在保质期内。②剥除金属屏蔽层时，先用铜丝将金属屏蔽层扎两道，如果是铜带，用刀在铜带上划一道痕迹，但用力要适度，不可划穿，之后再剥除铜带。铜丝屏蔽可将铜丝沿电缆圆周拆下，并用铜丝扎紧。③剥切半导电层时，35 kV以下电缆半导电屏蔽为可剥离半导电层。剥切时，应用小圆锉沿线芯圆周锉一槽，再用小刀沿轴向划几道痕，锉槽和划痕不可伤及绝缘层。电缆半导电层末端必须与应力锥管半导电层连接，或者与应力控制管、应力控制带连接，以形成均匀、平滑的过渡。半导电屏蔽层末端可采用砂磨坡度，用240号砂纸将末端半导电层均匀打磨成圆锥型坡度。在操作过程中要特别小心，不能将电缆绝缘砂磨出凹槽。另外，可以在半导电层末端15～20 mm的绝缘表面涂刷1层半导电漆，半导电漆的电阻率应小于104 Ω·cm。在绕包半导电自黏带时，其要紧贴半导电层末端，电缆末端一段绝缘表面用半导电自黏带紧拉伸绕包2层。④清洁电缆表面时必须注意，清洁纸应从绝缘端向半导电方向擦拭，不能反复擦，严禁用带有炭痕的纸擦拭。擦净后，要用清洁纸再次擦抹绝缘表面，检查纸上无炭痕后方可继续下一步操作。

5 结束语

随着电力、能源行业的发展，种类越来越多的电缆被运用到各个领域。如何保证电缆的安全运行、可靠供电，是电力从业者急需解决的问题。鉴于此，在日常工作中，应严格遵循工艺标准、多积累工作经验，切实提高实际工作效果。同时，工作人员要不断创新，将基于预防性测试的计划性检修策略上升为基于设备运行风险的状态检修策略，实时监测电缆的运行温度、绝缘内部杂质变化与水树枝发展过程、绝缘内部电树枝发展等多方面信息，使运维工作精益化，从而创造更好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]国家电网公司.Q/GDW 512—2010 电力电缆运行规程[S].北京：中国电力出版社，2011.

[2]史传卿.电力电缆[M].北京：中国电力出版社，2006.

作者简介：史承杰（1979—），男，大专，工程师，主要从事电力电缆运检工作。

〔编辑：白洁〕

Abstract： With the increasing size of the network， the cable length of urban distribution network has been gradually over the length of the overhead lines， which puts forward higher requirements on the safety and reliability of the cable line. In the course of the operation of the cable line， it is found that the insulation of the metal sheath and the shielding layer of the cable end are often caused by the breakdown of the insulation. This paper briefly describes the occurrence of two cases of medium voltage cable accident in State Grid Jinzhong Power Supply Company， and analyzes the electric field distribution at the end of the cable， relevant suggestions on how to improve the electric field distribution， reduce the electric field strength of the cable end metallic sheath and shield off the electric field strength are put forward， in order to continuously improve the quality of inspection.

Key words： case analysis； power cable； insulation performance； electric field distribution