两起110kV电缆中间接头故障原因分析及反思

两起110kV电缆中间接头故障原因分析及反思

杨振涛

杨振涛

广州地铁集团有限公司（广东广州510000）

前言

电缆中间接头，是输变电电缆线路中非常重要的一个部分，为减少由于产品质量造成的电缆故障，必须使用良好的电缆接头，广州地铁从1997年开通运营至今已经将近20年，随着线网的发展，供电系统也逐渐扩大，因此现有的110kV线路已达到约100km,城市道路建设的需要，110kV电力电缆已成为主要的输电方式，占总线路约93%,全线网电缆附件（中间接头）数量达500多个，施工时间集中在1996、2001、2004、2009年，早期的电缆附件以全进口为主，例如广州地铁一号线所采用的充油性电缆，之后电缆附件的制作工艺、制作设备日趋成熟，促成大量新的附件生产厂家涌现，部分厂家通过仿制或直接引进国内外成熟的电缆附件进行生产销售，并没有对附件的核心技术进行深入研究，导致产品投入运行若干年后，缺陷、故障频繁发生。

图2保留的镀银层

1电缆接头故障概况

1.1线路故障基本资料

2014年12月份至2015年6月份的半年内，广州地铁旧二号线发生的两起同类型110kV电缆接头故障。两起故障均为运行中电缆接头击穿，电缆均为直埋敷设，接头井内均填满细沙；故障线路一110kV嘉瑶线电缆故障接头敷设于绿化带下，线路二110kV赤河乙线电缆接头敷设于快车道下，两者均为绝缘接头，金属护套经交叉互联箱接地，投运时间均为2002年，运行至今约13年左右。

1.2110kV嘉瑶线电缆故障接头解剖过程

线路一的规格为电缆截面500mm的绝缘接头,从电缆接头外观看，电缆玻璃钢保护壳破损、熏黑。把玻璃钢保护壳及填充胶去除后，发现该接头没有铜保护壳，主体部分为环氧件外包绝缘防腐罩。环氧套件靠近电源侧一端有一个直径约为40mm椭圆形击穿点，击穿过程行车大量热能，造成环氧件内部金属均压环熔化，末端金属铝环连同环氧件整块脱落（图1）。

环氧件表面有大面积碳化现象，在环氧件一端仅保留小部分镀银层。

把电缆及应力锥拉出并测量尺寸，均在规定范围内，电缆、应力锥及环氧筒内部清洁干净，没有碳化痕迹，电缆中间压接环无碳化及变形。

图4气泡位置

1.3110kV赤河乙线电缆故障接头解剖过程

线路二的规格为电缆截面630mm的绝缘接头，从电缆接头外观看，电缆玻璃钢保护壳破损、熏黑。把玻璃钢保护壳及填充胶去除后，发现内部结构与线路一一致，该接头同样没有铜保护壳，主体部分为环氧件外包绝缘防腐罩。解剖中间连接的环氧浇注管，外护层内部的铜网编织已经烧毁，仅在边缘处有少数残留；环氧件轴向中心处为击穿点位置，环氧体在击穿点处已经发散状分成4个大小不等的块体脱落，脱落面积约为长250mm、宽200mm的区域。

图6铜管变形

经过电缆解剖，得出结论为：

该样品附件安装尺寸及工艺未发现异常；

该样品击穿原因：可能为环氧浇注体与中央高压铝电极的界面存在缺陷，并经历了长期的热胀冷缩过程，两者共同导致界面条件劣化，出现局部放电，最终发生击穿；

3）界面缺陷为产品个体偶然制造缺陷的可能性较大；

4）铜管变形原因：由击穿瞬间的冲击力导致的可能性较大。（图6）

2电缆接头故障分析

2.1接头故障击穿故障原因简析

从上述两起故障解剖可以看出，绝缘接头附件安装尺寸及工艺均未发现异常，因此排除现场施工质量因素。从解剖情况上看，引起击穿故障主要与环氧件质量有关，可能原因有：

（1）环氧件生产工艺缺陷，例如金属材质与环氧材料粘合度不足，内部存在气泡、气隙、杂质等，引起环氧件内电场畸变，从而引发放电，随着放电通道的发展和扩张，环氧件劣化速度不断加快，最终因无法承受运行电压而被击穿。

（2）环氧件在运输或组装时受到损伤，损伤位置也极易引起电场分布的畸变，运行过程中不断劣化导致击穿。

（3）环氧件内金属电极生产过程中存在缺陷，有细小毛刺或凹陷，电缆长期运行中，金属电极缺陷位置场强集中，最终演变为击穿爆炸。

（4）从安装工艺图上未发现环氧件上方有屏蔽处理，解剖检查环氧件发现，线路一环氧件表面遗留小部分镀银层，怀疑屏蔽层的缺失使环氧件内部电场分部不均。

（5）线路二接头解剖时发现的铜管出现扭曲变形，经过检验厂家鉴定为击穿时造成，与生产及安装工艺无关。

2.2接头故障击穿原因进一步分析

（1）从电缆接头设计进行分析。为了解电缆接头的内部结构，咨询了两个接头的厂家，确定在环氧件表面均有镀银层，作为环氧件的屏蔽层。

解剖时发现环氧件缺少镀银层有以下两个性原因：第一，由于短路时故障电缆流过镀银层，使镀银层瞬间碳化；第二，由于电缆接头进水，地下水腐蚀镀银层，使镀银层氧化。

从运行环境进行分析。该类型的接头在国外均在隧道中敷设，隧道运行环境较好，电缆附件在隧道内受潮及进水的可能性非常低，因此没有采用玻璃钢保护壳进行防水；在这两回路线路中，均在地下敷设，长期处于地下水的浸泡之中，因此采用了玻璃钢保护壳进行防水。

经咨询供电局相关电缆运行以及接头解剖经验，采用双组分沥青基聚氨酯作为玻璃钢保护壳防水填充物的接头，在运行时间较长后，地下水会进入玻璃钢保护壳，穿透防水填充物，进入接头内部。因此采用玻璃钢保护壳和双组分沥青基聚氨酯的防水设计，无法达到100%的防水功能。

（4）从运行时间进行分析，这两个电缆接头运行时间相近，均约为13年。根据同行业经验及多个故障案例，如果是产品质量出现问题，投产5年内是故障高发期，5年后线路状态均趋于稳定，直至产品出现老化，才会发生故障，而不到半年内相同投产时间的同一生产厂家的两个绝缘接头出现了类似故障，说明了该批次的绝缘接头的老化期提前来临，而导致提前来临的原因，很有可能是运行环境及附件材料的生产工艺造成。

3建议

3.1如再有类似的电缆接头出现类似的运行故障，应对同一接头井内的完好接头进行取样解剖，确定接头内部的情况。

3.3组合式电缆接头由于结构复杂，且各种材料组合后，经过长年的热胀冷缩，有可能由于膨胀系数不一致造成气隙、脱离等绝缘缺陷，故除异径电缆连接外，一般情况下建议采用整体预置式中间接头。

3.3对于重要电缆线路应采用隧道敷设，减少外部环境对电缆和附件的影响。延长电缆及附件的老化时间。

4反思

4.1中国电缆行业起步远比国外电缆行业起步晚，很多国内的生产厂家在国外产品的基础上稍作改变，就投入生产；或者把国外的生产线购置回来，直接进行生产。对于原来附件的设计理念，试验数据，材料性能很少投运研究。因此，很多设计、材料的缺陷会在运行后逐步出现。

4.2由于现在价格竞争激烈，很多厂家改变原有的设计，通过更换材料，减少保护措施等方式，把附件成本降低。而这些设计并没有经过多年的运行考验，是否电缆附件影响寿命，有待斟酌。

4.3电缆附件的形式主要有组合式、整体预置式两种，组合式中间接头由于存在多个金属与环氧绝缘材料结合的界面，所以对材料的生产工艺要求极高，另外，对于现场安装工艺的要求也较高，风险点相对较多。整体预置式中间接头相对结构较简单，现场安装工艺要求较组合式的简单。随着电缆接头技术的发展，为了减少电缆接头造成的不同材质界面，现在还有一种MMJ技术。因此，应该对国内生产或者引进的组合式中间接头结构合理性进行反思。

4.4现在运行单位对附件合格与否的判断，仅以是否通过电气试验唯一判据，并没有结合附件设计，材料、电气、力学研究的数据，运行环境进行综合分析，判断每个厂家的附件是否符合长期运行的要求。