110 kV电缆接头故障分析及试验研究

段建家，陈细玉，韦文榜，刘景林，邓凯

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；

2.国网湖南省电力公司永州供电分公司，湖南永州425000)

110 kV电缆接头故障分析及试验研究

段建家1，陈细玉2，韦文榜2，刘景林2，邓凯2

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；

2.国网湖南省电力公司永州供电分公司，湖南永州425000)

针对一例110 kV电缆接头新投运时发生故障，对其进行故障调查和模拟试验研究，其中外半导电层破损试验成功模拟故障发生过程，发现电缆接头故障原因为接头现场安装时工艺控制不良，外半导电屏蔽层破损导致破损处场强畸变而击穿，建议电缆接头现场制作时加强关键隐蔽工艺监督。

模注熔接头；故障；模拟试验；研究；工艺；监督

据不完全统计，电缆系统的故障发生的原因，除了电缆机械损伤占第一位外，电缆预制型附件故障占第2位〔1〕。高压交联聚乙烯电缆模注熔接头是一种恢复电缆本体连接的高新工艺技术，作为一种全新的、安全可靠性高的电缆附件，已逐步得到推广应用，其所用绝缘料和半导电料，与生产电缆的绝缘料和半导电料材质完全相同，在现场利用自制的特殊模具工装和专用的挤出机，将专用的电缆绝缘料和半导电料一次模注交联成型，将电缆断开处完全恢复原电缆本体结构，无应力锥，无层压间隙的活动界面或极易产生的沿面放电等隐患；无附件与电缆之间因物件材质和结构不同而发生的配接方式；避免电缆回缩导致的问题，接头处的电缆导体、内半导电层、主绝缘和外半导电层、完全按照电缆的原始结构恢复本体，使电缆接头处成为完整的电缆而无接头的概念。本文针对一起110 kV电缆接头新投运时发生故障，对其进行故障调查和模拟试验研究。

1 事故简述

2015年7月9日，某110 kV电缆线路送电试运行4 h左右，其C相电缆中间接头发生击穿接地故障，故障电流5 000 A。故障中间接头为现场新制作的熔接绝缘接头，故障电缆接线如图1。

图1 故障电缆接线图

2 故障调查

2.1 故障电缆铭牌

故障电缆本体型号YJW02－1×500，长度约680 m，2015年7月投运，电缆中间接头，型号为CDYJJM2－1×500 mm2，系某知名电缆附件厂家2015年7月产品。

2.2 故障检查情况

C相中间接头与电缆本体衔接处炸开，外护套和金属护套脱落，铜屏蔽网烧毁，如图2。

图2 中间接头故障情况

解体故障相电缆中间接头，在解体前用5 000 V绝缘电阻测试仪检测故障中间接头主绝缘的绝缘电阻，测得故障中间接头绝缘电阻为10 MΩ左右。解体后，可以看出中间接头一侧铜屏蔽网已烧毁，另一侧则保留较好，击穿点位于电缆本体与中间接头衔接处靠铜屏蔽网烧毁侧，直径约Φ30 mm，如图3－4。击穿处主绝缘厚度16.64 mm与正常电缆主绝缘厚度16.98 mm，无明显差别。

图3 中间接头主绝缘整体情况

图4 中间接头主绝缘击穿点

2.3 中间接头故障分析

从解体情况看出，击穿部位于电缆主绝缘与熔融覆盖绝缘分界面，属于绝缘接头内部。击穿处主绝缘厚度与正常电缆主绝缘厚度一致，可排除主绝缘厚度不足而造成中间接头击穿可能。

图5为中间接头结构，图6为中间接头故障处解剖情况。根据中间接头结构和解体情况分析，铜屏蔽网和半导体层衔接处发生击穿，由于其他部分主绝缘未见击穿现象，可以排除主绝缘材质问题导致故障，极有可能是外半导电屏蔽层处场强畸变集中导致击穿。

图5 中间接头内部结构示意图

图6 故障中间接头解剖

外半导电屏蔽层场强畸变集中的原因:

1)模注溶接中间接头是绝缘接头，其两侧经护层保护器接地，如图7所示，由于导体通过工频电流时，其产生的交变磁场与外护套交链，在外护套上产生感应电压，该感应电压与电缆长度成正比，由于中间接头两侧电缆长度不同，在图中A，B两处会产生不同的感应电压，造成中间接头铜屏蔽网和半导体屏蔽层存在电位差，当电位差足够大时，电场集中，两者可能产生放电，4 h左右试运行后造成铜屏蔽网局部逐渐烧蚀，烧蚀后衔接处主绝缘内电场将发生畸变，从而造成主绝缘击穿。

2)中间接头内电缆本体和中间接头衔接处的铜屏蔽网因涡流过热，温度升高使屏蔽层失去屏蔽作用，导致衔接处场强突变，发生击穿。

图7 电缆外护套示意图

3)绝缘接头现场制作时，不排除工艺控制不良，绝缘分界面处在恢复绝缘时存在问题，如屏蔽层有破坏、内部存在气隙等。

3 故障过程模拟试验

为了进一步调查清楚模注熔接头外半导电屏蔽层处场强畸变集中的原因，联合接头生产厂家按照原来设计图纸和工艺方法重新做一个模拟试验用接头，接头恢复外半导电屏蔽层，如图8。

图8 模拟试验用模注熔接头

3.1 外屏蔽破损缺陷模拟

采用尖锐固体划伤外半导电屏蔽层，破损点大小为0.5 mm，如图9。采用铜网绕包恢复铜屏蔽网，接着用专用绝缘胶带恢复屏蔽网外绝缘，如图10。

图10 恢复绝缘后的接头

3.2 交流耐压试验

对新做的模注熔接头进行交流耐压试验，试验电压升至1.1U0时，发生击穿放电现象。通过解体接头，发现外屏蔽破损点处铜网存在放电痕迹，如图11。

图11 击穿放电部位

进一步解剖击穿放电部位，发现放电点与电缆导体间存在一条明显的放电通道，放电通道位于电缆主绝缘部位半导电断口处，如图12。

图12 放电通道

从模拟试验可以看出:外屏蔽破损处绝缘击穿放电通道，与某110 kV电缆模注熔接头电缆绝缘击穿结果相同。因此可以确定，某110 kV电缆模注熔接头故障是因为现场制作工艺把关不严，在恢复外半导电层时，损伤了外半导电屏蔽层，屏蔽电场效果失效，导致此处电场发生畸变，在运行时发生局部放电，直至形成放电通道击穿主绝缘。

4 结论

1)故障调查表明，接头故障是由于中间接头处外半导电屏蔽层电场畸变导致。

2)外半导电屏蔽层场强畸变集中的原因有:铜屏蔽网和半导体屏蔽层存在电位差、中间接头衔接处铜屏蔽网因涡流过热屏蔽失效、工艺控制不良绝缘分界面处屏蔽层有破坏或内部存在气隙等。

3)接头外半导电屏蔽层破损试验模拟了故障发生过程，发现电缆故障原因为模注熔接头安装时工艺控制不良导致外半导电屏蔽层破损导致。

4)本次中间接头故障，暴露了电缆接头现场制作时在关键隐蔽工艺技术监督方面存在盲点和短板，建议电缆接头现场制作时加强关键隐蔽工艺监督。

〔1〕詹威鹏，陈滕彪.110 kV电缆模注型接头的试点应用与故障分析〔J〕.科技风，2014(22):103-105.

Study on an 110 kV able connector fault analyses and experiment

DUAN Jianjia1，CHEN Xiyu1，WEI Wenbang1，LIU Jinglin1，DENG Kai2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；
2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Yongzhou Power Supply Company，Yongzhou 425000，China)

For an 110 kV cable connector fault when it put into operation，the fault investigation and simulate experiment is developed.The damage experiment of the outer semiconducting layer simulates the process of the fault successfully.It is found that the cable connector fault is caused by week controlling of the technique in the installation site，the breakdown caused by field strength distortion of the outer semiconducting layer due to its breakages.It is advised that the key subtle process stand-by supervision should be strengthened in the cable connector site.

mold casting fusion splice joint；fault；simulation experiment；study；technique；supervise

TM757

B

:1008-0198(2017)01-0063-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.016

段建家(1985)，男，硕士研究生，工程师，要从事电缆试验技术及专业管理研究。

2016-05-17