一起高压电缆高阻故障原因分析及反措

一起高压电缆高阻故障原因分析及反措

雷达  具章平  许朋

深圳供电局有限公司  广东深圳  518000

摘要：本文将通过一起110kV高压电缆线路交流耐压过程中发生接头（高阻）故障的事故案例，简述高压电缆线路故障排查解决方案，固化高压电缆高阻故障处置流程。结合故障接头解剖情况推演故障演化过程，并对事故原因进行分析， 从运维角度出发，结合高压电缆运维工作，提出改进性措施，避免类似事故发生。

关键词；高压电缆高阻故障、故障查找流程、接头解刨及分析

Ahighvoltagecablehighresistancefaultcauseanalysisandcountermeasures

LEIDA、JUZHANGPING、XUPENG

ShenzhenPowerSupplyBureauCo.LTD Shenzhen,Guangdong 518000

Abstract:Inthispaper,thejoint(highresistance)faultoccurredintheACvoltageresistanceprocessof110kVhighvoltagecablelineaccidentcase,brieflydescribesthetroubleshootingsolutionofhighvoltagecablelinefault,solidifiedhighvoltagecablehighresistancefaultdisposalprocess.Basedontheanatomyofthefaultjoint,thefaultevolutionprocessisdeduced,andthecauseoftheaccidentisanalyzed.Fromtheperspectiveofoperationandmaintenance,combinedwiththeoperationandmaintenanceofhighvoltagecable,theimprovementmeasuresareproposedtoavoidsimilaraccidents.

Keywords;Highvoltagecablehighresistancefault,faultfindingprocess,jointdisplaningandanalysis

近年来，随着经济的飞速发展及高可靠供电的需要，深圳地区110kV及以上电压等级电缆化率快速提升。高压输电电缆线路以其运维简单、供电可靠、节省空间及城市美观等多方面优势，得到快速发展。但随着高压电缆总数量的不断增长及老旧线路的高负荷持续运行，在复杂多变的内、外部运维环境下，过往几年，电缆故障次数呈上涨趋势，且故障类型呈现多元化。另一方面，高压电缆作为隐蔽工程，一旦发生故障，故障点查找及原因判别相比于传统架空线路，存在较大难度。

本文以深圳地区某110kV电缆线路在改迁后进行交流耐压试验时，C相交流耐压试验不通过(试验动作电压40kV)，后经故障查找确定某110kV电缆线路#4中间接头高阻故障为例，梳理现场查找过程，结合后续中间接头解刨表象，分析故障演化过程，提升高压电缆故障查找效率的同时，提升高压电缆运维水平。

1、概述

故障电缆某110kV线路为纯电缆线路，全长5.18km,两侧均是GIS终端，共计10个中间接头，包含一个7+1直通头。因房地产开发需对该线路进行通道调整，改迁范围为#7+1至110kV佳伟站，110kV塘边站至#7+1段利用原状旧电缆。

110kV某某电缆线路整体情况见图1。

图1 110kV某某电缆线路整体情况

2、事件经过

110kV某某电缆线路按照规程要求，在送电前开展主绝缘交流耐压试验，试验前对待试验电缆线路进行主绝缘摇测，数据均合格，试验数据见表1。

表1  110kV某某线路主绝缘测量记录表

随后进行第一次主绝缘交流耐压试验，采用三相并联方式加压，升压至80kV出现放电声响，耐压设备保护动作，加压失败；为判别故障相序，逐相进行交流耐压试验，具体数据见表2：

表2 110kV某某线路主绝缘交流耐压记录表

主绝缘交流耐压试验结束后，再次对待试电缆线路进行主绝缘绝缘值测量，具体数据见表3。

初步判定110kV某某线路C相电缆高阻故障，随即开展故障排查工作。

3、事件处理过程

3.1 试验套管排查

（1）110kV某某电缆线路投产于2012年12月，自运行来各项检测数据合格，无影响设备运行的重大及以上缺陷，且本次改迁段电缆及新制作接头已完成交叉互联系统校核及接头绝缘性能检测，各项数据满足运行要求。因此，故障排查初期，要求试验单位排查110kV佳伟站侧GIS终端交流耐压试验套管安装是否异常。

（2）通过试验套管拆除及GIS开仓内部检查，导体金属连杆与试验引线连接正常，试验套管内部无放电痕迹，套管与仓室密封正常。故判断110kV佳伟站侧GIS终端交流耐压试验套管正常。初步推测110kV某某线C相故障点为电缆线路存在故障点。

图2 试验套管及GIS开仓检查

3.2 开展电缆线路故障测寻

通过对110kV某某电缆线路外接试验设备及两侧终端变电设备排查,均未发现可疑点,故对待试电缆线路开展故障测寻工作,试验设备采用sebeKMT型故障测距车。

（1）对110kV某某电缆线路C相电缆开展绝缘检测,试验数据为219KΩ，故障类型为高阻故障。

（2）利用二次脉冲法，对110kV某某线开展故障测距，因设备二次脉冲试验电压上限为32kV，故障点击穿效果欠佳，故障波形失真较为严重。为确保测距准确性，对该线路进行80kV多次烧弧后（图3），故障点阻值降低，二次脉冲故障预定位分叉点位置明显，故障距离约3km（图4）。根据故障点距离推测，故障位置为#4至#5段。

图3 烧弧波形

图4 二次脉冲波形

（3）对故障电缆施加冲击电压，冲击电压为32kV，冲击时间间隔6s，对故障电缆进行冲击放电，利用声磁同步法对10kV某某线C相#4-#5段电缆及接头进行精确定位，初步判断#4中间接头异常,伴随冲击放电发出明显振动及异响。后将电缆接头切除，对#4接头进行两侧线芯与铝护套间绝缘检测，确定#4朝#5方向发生击穿，最终确定故障点位置。

110kV某某线#4中间重新安装中间接头后，对待试线路全线开展主绝缘交流耐压，试验各项数据正常，线路送电成功。

4、故障接头解剖及原因分析

4.1线路前期阶段各项历史数据复查

通过对110kV某某线设计阶段、交接验收阶段及过往设备运维记录进行复查，发现该线路在初期投产阶段发生1起类似故障，均在交接试验阶段进行主绝缘交流耐压时发生接头爆炸情况，根据资料显示，事故原因均出现在某厂家应力锥存在设计缺陷，经资产台帐核查，此次发生故障的110kV某某线C相#4接头与早期发生爆炸事件接头为同时期产物，初步判定故障原因在一定程度上类似。

4.2故障接头解刨

（1）通过对船壳、铜壳、长/短端封铅及内外部防水密封层进行分层解刨，均未发现异常，各项工艺基本满足安装图纸要求，排除接头进水导致接头故障的原因。

图5 现场解刨

（2）解刨整体预制式绝缘接头主体。通过对绝缘接头主体进行解剖，短端预制接头主体出现明显击穿点，应力锥出现绝缘材料老化变质现象，导致硅橡胶橡塑弹性失效，呈散落硬块状；预制接头绝缘由白色变为深黄色，短端电缆主绝缘有多处爬电痕迹。应力锥与电缆断口接触面出现棕黄色粉末状物质。

图6短端应力锥变性劣化

图7 接头短端击穿点

（3）测量短端电缆主绝缘打磨后直径为69.68mm，长端电缆主绝缘打磨后直径为73.89m，两端电缆绝缘直径相差4.2mm。

4.3 原因分析

（1）电缆绝缘直径与应力锥过盈量不足。由于短端电缆打磨后直径69.68mm，长端电缆主绝缘打磨后直径为73.89mm在长、短端电缆差距4.2mm的前提下，未考虑预制接头大小头，导致电缆绝缘直径与应力锥过盈量不足,短端应力锥与电缆主绝缘的抱紧力不足，在长期的电场作用下，产生间隙放电，发生电热老化现象，导致预制接头绝缘及应力锥绝缘性能劣化，失去橡塑材料弹性，并在应力锥端部发生击穿。击穿通道位于短段线芯压接管与主绝缘交界处，同时在短端电缆主绝缘和半导电表面存在较为严重的爬电痕迹。

（2）预制接头存在产品缺陷。根据解剖情况分析，预制接头主体中的应力控制管上存在明显凹角，导致与主绝缘、线芯及应力控制管之间存在间隙，在进行主绝缘交流耐压试验过程中，随着试验电压的不断升高，该位置的场强不断上升，凹角处存在空气气隙在强电场的作用下产生向绝缘主体放电，当试验电压到达临界值后，接头击穿。

该厂家附件在初次投产110kV某某线#3接头曾发生同类型击穿（故障后厂家经过技术分析，认为故障原因为产品设计缺陷），均为进行主绝缘交流耐压试验时击穿，初次投产击穿电压为83kV，本次故障接头交流耐压试验虽加压至40kV试验仪器保护动作，经绝缘电阻测量为9GΩ，均为主绝缘耐压过程中发生高阻故障，通过对比分析，本次击穿点与初次投产故障接头击穿位置基本吻合，放电通道一致，故判定为同一故障起因。

5、改进措施

（1）梳理110kV某某线初期投产的其他接头，制定专项技改项目，对同类型、同批次接头进行更换，并核查在运线路是否使用此类接头，逐步进行更换。

（2）未完成可能存在缺陷的接头更换前，对同类型接头开展定期局放检测，做好此类接头运行过程中局放量的历史数据比对。

（3）梳理过往高压电缆故障案例，建立高压电缆故障清册，从附件结构、安装工艺、外部破坏、辅助材料失效等原因进行归纳，形成高压电缆附件安装技术监督库，避免同类型因素再次导致电缆故障，提升运维人员管理水平。

（4）在附件出厂试验见证过程中，加大附件抽检力度，对附件内部光滑度、橡塑材料洁净度、橡塑材料热延展性等关键指标进行严格把关。

（5）新建工程的附件现场到货验收应检尽检，确保附件安装前的预制件主体完好无缺陷，关键辅助材料质量合格。

（6）增加现场附件安装关键工艺的质量管控，针对接头安装的应力锥安装、封铅等关键环节，加大现场旁站频次及管控力度，杜绝施工工艺导致接头故障。

参考文献：

1、《电力电缆安装运行技术问答》 中国电力出版社

2、《电力电缆头制作与故障测寻》化学工业出版社

作者简介：

雷达，男，1994年10月出生，助理工程师，主要从事110kV及以上高压电缆运行及检修工作。

具章平，男，1973年11月出生，高级技师，主要从事110kV及以上高压电缆运行及检修工作。

许朋，男，1993年8月出生，工程师，主要从事110kV及以上高压电缆运行及检修工作。