前 言

1.1故障接头的基本信息

广州市某地区一10kV XLPE绝缘电缆冷缩式中间接头出现故障, 导致无法正常供电。经实地认真查看得出该电缆信息如下:电缆接头于2009年3月 29日投运, 2010年8月发生短路接地故障, 电缆型号为Z RY JV , 其工作电压为8.7kV和15kV , 3芯, 每芯截面积为240mm , 电缆附件制作方式采用冷缩式。

1.2故障接头解体检查

现场电缆接头解体过程如下:

a)故障接头表面存在明显的烧穿孔洞, 依次去除金属铠装层、防水绝缘层和铜网, 三相冷缩管外表面大部分区域熏黑, 其中有一相的主绝缘有明显的烧蚀点。仔细检查发现该相主绝缘完全被击穿, 铜心烧熔, 该烧熔点应该为故障的短路位置,如图1所示。

图1 故障相接头外观

b）剖开故障相冷缩管, 发现主绝缘表面、冷缩管内表面以及冷缩管注射半导电层碳化现象尤为明显, 如图2所示。

 图2 故障相主绝缘外表面及冷缩管内内侧外观

c）检查其他两相情况, 发现主绝缘表面存在明显的爬电现象, 有电树枝痕迹, 其中一相半导电层剥离不整齐, 且没有进行倒角处理, 如图3所示。

图3 非故障相主绝缘及半导电层外观

d)检查其他两相情况, 发现半导电层与主绝缘表面硅脂已经干涸或涂抹不均。

e)检查三相冷缩管与中心线的相对位置, 发现故障相冷缩管标线与接头中心线位置有约12mm左右的偏离, 如图4所示。

图4 冷缩管标线与接头中心线相对位置

1.3故障原因分析

导致该冷缩式电缆接头击穿的原因有以下几个方面:

a)冷缩管中间标线应与压接管中心线保持一致才能使得两侧应力锥达到均匀主绝缘表面电场的目的。故障相冷缩管中间标线与压接管中心线偏差约12mm时, 将造成应力锥与半导电层一侧搭接过多, 一侧搭接过少, 从而导致两侧局部电场应力加剧, 应力锥未起到均匀电场的作用。

b)主绝缘表面及半导电层与主绝缘过渡区应均匀涂抹硅脂, 一是在安装冷缩管时起润滑作用,二是可填充半导电层与主绝缘过渡区台阶气隙。若硅脂涂抹不均匀或漏涂, 电缆运行一段时间后, 硅脂干涸主绝缘与冷缩管之间界面将产生气隙, 局部电场将同样加剧。

c)半导电层剥离不齐也是造成电场局部加剧的原因之一。

d)本次故障中, 产品应力锥的设计或注射工艺是否有问题也有待进一步分析。

2.1仿真模型的建立

由于10 kV X LPE绝缘电缆是在工频情况下工作的, 电压随时间的变化比较缓慢, 而对于静止或变化较慢的电动势引起的任一瞬间电场可按静电场分析。对已知导体电位而求场中电位分布的问题通常称为第一类边值问题。

接头模型各部分结构如图5所示。接头材料的介电常数见表1.

图5 电缆接头模型

表1 接头材料介电常数

2.2电场仿真结果

按照解体的现象及事故原因分析, 对电缆接头应力锥覆盖半导电带过长(大于12 mm)、过短(小于12 mm)、半导电层没有倒角的情况分别利用有限元法进行电场仿真, 观察电场强度E的大小。仿真结果分别如图6至图8所示, 对于没有半导电层、没有倒角而填充了硅脂的仿真结果如图9所示。

图6 接头半导电层过长时的电场分布图

图8 接头半导电层无倒角时的电场分布

图9 接头半导电层与主绝缘台阶涂抹硅脂时的电场分布

2.3电场仿真结果分析

从缺陷情况下的最大电场强度与正常情况下的最大电场强度的比值可以判定不同缺陷引起的电场畸变程度, 比值越大, 电场畸变越明显。

3.1结论

根据对以上事故现象和事故机理的分析以及电场仿真结果可以得出如下结论:

a)电场仿真结果验证了事故机理分析的正确性, 在半导电层过长、 过短或者是半导电层没有倒角情况下电场畸变较剧烈, 可能引发局部放电;当电场强度达到一定程度时, 就会发生击穿现象, 也就是“弱点击穿” , 且半导电层过短时的畸变程度比过长时更明显。

b）在半导电层与主绝缘台阶处涂抹硅脂可有效改善电场分布, 同时又起到润滑作用。

3.2建议

根据以上分析与实践经验提出如下运行建议：

a)严格按照中国南方电网公司《送变电工程施工工艺应用手册》第 4 部分配电网工程分册的有关质量控制要点及产品施工图纸规范进行施工。

b)加强配电网电缆运行的维护管理, 并对同型号、 同批次施工的电缆开展电缆振荡波局部放电测试普查。