110kV电缆预制式中间接头缺陷分析及防范措施

罗继辉+徐明良+李春洋+王锦明

摘 要：电力电缆中间接头是电缆线路中必不可少的部件，也是影响供电安全的关键因素。通过对接头缺陷的研究分析，有效制订出质量细节控制要求，杜绝产品缺陷，建立预防外力击穿的有效措施，提高电力电缆线路的安全性和可靠性。

关键词：110 kV电缆；预制接头；电缆线路；电缆附件

中图分类号：TM76 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.111

随着国家电力的发展，特别是电力电缆线路的迅猛增长，电缆附件的使用不断增多，在电缆线路中电缆附件是随电缆长期等效使用的，与电缆同等重要，是电缆线路必不可少的部件，同样是电缆线路安全运行的关键产品。电缆附件由于涉及电场控制、界面处理、散热、老化、绝缘等多方面因素，在电力系统中显得尤为薄弱，电缆附件在生产制造过程中的质量细节控制显得越来越重要，对产品缺陷的研究分析能够有效制订出质量细节控制要求，只要严格按工序控制要求去执行，就能杜绝产品缺陷，生产出高品质的产品。提升产品品质固然重要，可产品在周转、包装运输及现场安装保护的重要性往往易被忽视。据不完全统计，随着附件使用量的快速增长，出现越来越多的电缆附件故障是由于附件绝缘受到外部破坏，进而造成绝缘下降而引起的击穿，因此，提升电缆附件产品的周转过程管理要求和加强保护措施，对降低电缆附件故障率具有积极的意义。本文以110 kV预制式中间接头应力控制管的合模线缺陷和中间接头外部刺伤为研究对象，通过仿真、实物试验验证的手段，分析了产品缺陷的危害，加强了对生产制造质量细节的控制，对电缆附件周转过程管理和保护的重要性进行了充分肯定，并提出了防范措施。

1 缺陷模型的设计

1.1 中间接头应力控制管合模线缺陷

110 kV中间接头采用几何结构法即应力锥、应力控制管来解决电场集中问题，从而改善电缆绝缘屏蔽层及线芯连接部位的电场分布。应力锥、应力控制管均通过模具注射成型，这样制品上必然有合模线存在，为了便于脱模，合模线通常设计在直线段上接近曲线段。此位置场强较为集中，存在合模线需要打磨的情况，特别是中间接头应力控制管的生产中需要对合模线进行打磨。合模线的处理要求较高的生产技术作为保障，如果不进行打磨或打磨不完全，则易在此位置形成尖端，并发生尖端放电现象，如图1所示；如果打磨程度过深，则会在应力控制曲线的圆弧上产生新的尖端，导致局部发生放电现象。为此，技术小组设计了中间接头应力控制管合模线存在的尖端和凹陷2组电场控制缺陷模型。

1.2 中间接头绝缘受损的缺陷模型

中间接头的原料是硅橡胶材料，体积电阻率≥1 015 Ω·cm，1 mm厚的硅橡胶材料的耐受电压大于等于23 kV。接头尺寸数据表明，中间接头应力管处绝缘厚度为34 mm，产品经过了严格的型式试验，局部放电试验在96 kV下未检测出超出背景的放电，工频电压试验为160 kV/30 min，128 kV电压下进行20个热循环，未击穿、闪络，充分证明中间接头的结构设计合理，原材料电气、物理性能及生产工艺符合技术要求。正常情况下，产品能够长期、可靠运行。

如果接头硅橡胶主体受到了外力损伤，34 mm厚的硅橡胶在绝缘不足的情况下有被击穿的风险。通过有限元分析，距接头端部130 mm区域场强较弱，场强从应力锥到应力管是逐步增强的，如图2所示，技术小组设计了距接头端部160 mm和220 mm位置作外部刺伤模拟验证试验。

2 缺陷模型实物验证试验

根据设计好的缺陷模型制作了4个有缺陷的中间接头，即应力管合模线有凹陷、应力管合模线有尖端、距接头主体端部160 mm处刺伤15 mm深缺陷、距接头主体端部220 mm处刺伤10 mm深缺陷。分别对4个有缺陷的中间接头进行了工频耐压和局部放电试验。

2.1 应力管合模线有凹陷缺陷试验

合模线凹陷实物剖面图如图3所示。

试验环境：温度31 ℃，濕度77%；试验室背景噪声为1.8 pC

试品规格型号：1×800 mm2中间接头

安装完成静置20 min后，按照GB/T 11017标准进行电气试验。

试验顺序：①升压到96 kV，没有观察到超过背景值局放，电压降回到0；②再次升压到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量为1.8 pC。③再次升压到128 kV，耐压1 h，试品未击穿、闪络。④工频耐压后的局放试验。升压到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量为2.7 pC。⑤工频耐压试验160 kV（1 h），试品未击穿、闪络。

安装完成静置20 min后，按照GB/T 11017标准进行电气试验。

试验顺序及结果：①升压到96 kV，没有观察到超过背景值的放电，电压降至0；②再次升压到112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量为7.2 pC。③再次升压到128 kV，耐压1 h，试品未击穿、闪络。④工频耐压后的局放试验。再次升压到

112 kV，保持10 s再降到96 kV，局放量为8.8 pC。⑤工频耐压试验160 kV（1 h），耐压到43 min时试品击穿。

中间接头发生击穿以后，技术小组将接头进行现场解剖，击穿点位于接头应力控制管的缺陷位置范围，如图5所示。

通过试验可以看出，应力控制管合模线凹陷缺陷对电气性能没有明显影响，能顺利通过试验。应力控制管端部的合模线尖端缺陷对产品电性能是有影响的，在检测中发现局放信号，在160 kV耐压过程中发生击穿。

2.3 中间接头绝缘表面刺伤缺陷试验

选用2个已通过96 kV局放测试和160 kV耐压1 h试验合格的中间接头作为试品，分别对2个接头进行刺伤，一个深度为10 mm，一个深度为15 mm，刺伤如图6所示，最后进行电性能测试。

试验数据与结果如表1所示，接头外部击穿点如图7所示。

通过试验可以看出，在接头主体上有刺伤的情况下，耐压120 kV以下就会发生击穿，特别是在应力管上位置区域如果有一定深度的刺伤，则可能在较低的电压下直接从接头主体刺伤处击穿。

3 接头缺陷试验结论

应力管合模线尖端、接头外部损伤，尤其是靠近应力管位置会对接头产品造成严重影响。应提高110 kV电力电缆附件出厂试验局放、耐压值要求，有效地检测出产品缺陷。

4 对中间接头外部损伤的防范措施

对中间接头外部损伤的防范措施：①制订合模线打磨工艺规程，使用高精度设备进行打磨，避免人为因素的影响；采用投影测量的方法对合模线的平整度进行检查。②将应力主体的电气试验要求提高，要求产品在128 kV无局放，160 kV耐压30 min不击穿、不闪络，方可定为合格品。③对生产过程中进行严格监控，加强产品周转管理，设计周转专用车，并安排专人负责半成品在出厂试验前后的搬运。④在中间接头通过电气性能测试后，马上清洗并烘干。用真空密封袋进行密封保存。⑤将包装中间接头的泡沫加厚，全封闭式包裹，避免运输过程中的破坏。与运输公司签订责任协议，严格要求其确保运输过程的质量安全。⑥及时清理现场带有铁钉、毛刺的木板等材料，避免中间接头主体在取出清理、安装过程中被刺伤。⑦增强工程人员的质量意识，在产品安装前进行严格的外观检查，尽早发现危险隐患。

5 结束语

通过此次110 kV电缆预制式中间接头缺陷试验验证分析可以发现，电缆附件发生击穿故障的原因有很多，技术人员分析的关注点往往集中在电缆附件产品本体质量上，尤其是电缆附件的结构设计及材质的性能。电缆附件本体质量直接影响了产品的安全性能，但电缆附件在周转过程及安装现场中受到的外部损伤也应引起人们的高度重视。对于目前的电缆线路，人们都比较重视其电气成效，忽视了它的机械成效。因此，应提高出厂试验局放、耐壓值要求，加强产品外观检查，特别注意产品在周转、运输、安装过程中的防护工作，提高电力电缆线路的安全性和可靠性。

参考文献

[1]常文治.电力电缆中间接头典型缺陷局部放电发展过程的研究[J].华北电力大学，2015，2（15）.

[2]陈守直，祝丽雯，罗俊华，等.电缆附件电场有限元计算方法[J].高电压技术，1996，22（03）.

[3]应启良.高压及超高压XLPE电缆附件的技术进展[J].电线电缆，2000（01）.

〔编辑：张思楠〕