35千伏户外电缆接头击穿故障原因分析.docx

35 千伏户外热缩电缆接头击穿故障原因分析冯军【文摘】针对35 千伏户外热缩电缆接头在两年多的运行期间6次击 穿故障进行分析和总结，在墨玉110 千伏变电站所取得的户外热缩和 冷缩电缆接头运行经验与教训，值得借鉴关键词】35 千伏电缆接头 故障 分析0 引言近年来，随着和田地区电网不断改造与加强，110 千伏以上变电 站投入运行将会越来越多，35 千伏及以上户外电缆接头必将广泛应 用墨玉110千伏变电站于2001年1 月12日投入运行，两条35千 伏线路由母线出线隔刀通过150米的35千伏电缆连接到线路构架处 有 4 个户外电缆接头，分别是母线侧2 个和线路侧2 个电缆采用 YJLV22-/35Kv 交联聚氯乙烯护套钢带铠装 95 平方毫米铝芯电力电 缆，户外电缆接头采用热缩WSY-35/3.1型墨玉110千伏变电站所 处环境为稻田盐碱地，夏季气温高，冬季昼夜温差大，春夏浮尘多 两条35 千伏电缆4个户外热缩电缆接头从2001 年1 月15 日起开始 电晕放电至2003 年6 月18日，在两年多运行期间先后6 次击穿， 4 次被迫停运共制作12 个户外电缆接头，最终改为户外冷缩电缆接头 和加装避雷器后运行正常。

为什么8 个户外热缩电缆接头在安装制作 前后通过各种试验合格后投运，在运行一段时间先后被击穿，而全部 更换为户外冷缩电缆接头和加装避雷器后至今运行正常的正真原因 是什么？本文从安装工艺、材料选择、环境因素和各类应力的处理几 个方面探讨户外热缩电缆接头故障产生的原因1 故障现象1.1 第一组两个热缩电缆接头，从投运后的第三日起发出丝丝的 电晕放电声，至2 月10 日随气温升高而消失进入2002 年秋季又有 间断性的放电声，在晚间偶见淡蓝色的光环，至10 月底两个热缩电 缆接头在晴天先后被击穿，历经两个寒暑累计运行21 个月1.2 第二组重新制作的两个热缩电缆接头投运后运行正常，但从 2003年1 月1日起有放电声，至2、3月的雨雪天气中先后被击穿， 运行了3 个多月1.3 第三组重新制作的两个热缩电缆接头投运后就有放电声，运 行了2 个多月先后被击穿1.4 第四组两个重新制作的热缩电缆接头投运后就有放电声，为 避免重蹈覆辙，4 个户外热缩电缆接头全部更换为户外冷缩电缆接头 并加装避雷器运行正常从三年的运行记录中发现每个电缆接头击穿 前先有一段时期的放电声，然后伴随可见光，最终被击穿（见附表）。

在击穿的热缩电缆接头上有明显的树枝妆通道，切开热缩电缆接头热 缩管内部碳化明显，线芯有烧灼痕迹的击穿孔，铜屏蔽层表面有烧熔 的痕迹，从线芯击穿孔由碳粉形成多个树枝状黑色放电通道，指向铜 屏蔽层烧熔点锯开线芯可见多股铝线芯结构偏心，绝缘厚度不匀 击穿严重的根部全部烧黑，线芯裸露在外，热缩管与线芯绝缘之间有 许多黑色的碳粉颗粒墨玉 110 千伏变电站 35 千伏采户外热缩电缆接头故障现象一览表序亠名称投入运行时间击穿时间电缆接头故障现象气象 情况电缆接头 类别13561墨水线2001年1月12日2002年10月23日5点27分投入运行一段时间有放电声后消 失，来年秋季又有放电声，最终 线路侧B相击穿晴天热缩接头23569墨中线2001年1月12日2002年10月24日23点43分投入运行一段时间有放电声后消 失，来年秋季又有放电声，母线 侧AC相放电及闪洛击穿晴天热缩接头33569墨中线2002年10月25日2003年2月8日6 点50分投入运行后正常，从2002年1月 1日起有放电声渐强至当日母线 侧A相击穿.出线侧C相击穿小雪热缩接头43561墨水线2002年10月24日2003年3月4日2 点32分投入运行后正常，从2002年1月 1日起有放电声渐强，出线侧ABC 相间根部有电弧发白，母线侧BC 相弧光击穿。

雨雪 交加热缩接头53561墨水线2003年3月5日2003年4月15日11占45分投入运行后有放电声渐强至母线 侧击穿着火多云 间晴热缩接头63569墨中线2003年2月8日2003年5月29日16占35分投入运行后有放电声渐强至线路 侧A相击穿晴天热缩接头73561墨水线2003 年 4 月 15 日投入运行后线路侧有放由声晴天热缩接头83569黑中线2002 年 5 月 29 日投入运行后两侧有放由声晴天热缩接头93561墨水线2003 年 6 月 18 日更换冷缩接头和加装避雷器正常冷缩接头103569墨中线2003 年 6 月 18 日更换冷缩接头和加装避雷器正常冷缩接头2 引起热缩电缆接头击穿的四个条件2.1 极间负接地极与线芯正板极电极产生不均匀电场 在电缆接头制作过程中，电缆夹层中铜屏蔽层断口在绞断后没有 采用弧形平滑过渡打磨平整，断口边缘有毛刺形成尖角，引起电场在 铜屏蔽层内部粗糙毛刺尖角处畸变，在断口边缘处形成尖端电场，造 成内部电场不均匀而铜屏蔽层是接在接地极端，相对于带电体应为 负尖极本电缆线芯由19根5 平方毫米园铝导线绞合组成，锯开线芯可 见结构偏心表面凹凸不平，绝缘厚度不均匀，线芯绝缘表面的局部电 场发生畸变。

芯绝缘厚度最薄的一侧导体屏蔽上的最大场强强度 增加，在此处的铝导线电极产生尖端电场，形成局部场强线芯表面 的铝导线是一个曲率半径较小的电极，相对于接地的铜屏蔽粗糙毛刺 尖角尖极，铝导线电极为正板状曲面电极2.2 线芯弯曲时产生应力使绝缘体内部出现空隙外部出现裂纹 在电缆接头固定过程中，电缆线芯预留过长与导线联接板强行连 接时，线芯弯曲半径过小，线芯外侧的绝缘伸长过长，内侧的绝缘产 生挤压应力，外侧的绝缘产生拉应力对均匀和严密的固体介质在弹 性限度内变化时，拉应力可使介质发生形变，使原来完整的介质产生 蠕动有小裂纹，气体吸收的水分和残留的杂质填充到裂纹中线芯钢 性越大，弯曲后产生的压力对线芯热缩护套在圆周方向上是越不均 匀，与绝缘线芯接触面上侧压力最大，在局部出现集中，对热缩护套 形成向外挤的应力芯绝缘结构偏心的情况下，外侧线芯较薄处 的固体绝缘介质在拉应力的作用下微观上局部被撕裂产生横向裂纹， 包裹芯外层的热缩护套与绝缘介质有了间隙电缆护套外侧相对仲长率8与电缆的弯曲半径R和电缆的半径r 有关，8二r/(R+r)=l/ (a+l)X100%,a=R/r为电缆制造、安装和敷 设时的弯曲倍数。

可见电缆的半径一定时，弯曲半径越小，则电缆外 侧的伸长越大2.3 热胀冷缩应力的作用使绝缘性能劣化电缆接头安放的正阳面在夏季阳光的照射下温度很高，固体绝缘 介质发生热膨胀变化固体分子伸长，固体绝缘介质体积变大当夜间 气温下降时固体分子收缩，固体绝缘介质发生冷缩变小在电缆外侧 面与内侧面形成温差产生热胀冷缩力与拉应力的综合作用，对由线芯 绝缘和热缩管组合成的多层复合绝缘体受到恒定应力后变形逐渐增 加，除去外力后形变恢复，多次往复的作用下，超出弹性限度变化， 组合绝缘内部出现了分层和裂纹而外侧向阳面热缩护套随日照时间 的增加，热胀冷缩力与拉应力的反复综合作用，热缩护套材料出现疲 劳，表面产生细微裂痕断裂，形成非连续不均匀的裂纹，使原来密实 的分子结构之间有了断裂，切断了分子之间的联结此外变电站所处 在水稻和农田边潮湿的环境中，盐碱颗粒和粉尘被水分吸附到绝缘材 料的表面的裂纹中2.4 系统内过电压的作用使电缆接头绝缘电阻逐步降低当这两条线路进行操作开关切合空载线路时，出现的操作过电压 峰值理论上可达2.0-4.5 倍相电压，35 千伏系统单相接地或突甩负 荷时也可产生过电压，这些系统内部产生的过电压对电缆接头的绝缘 薄弱处反复作用，使得绝缘电阻逐步降低。

4 热缩电缆接头击穿过程分析4.1 线芯固体绝缘产生局部电晕放电制作安装好的户外电缆接头是由线芯绝缘和热缩管成为一体的 组合绝缘，共同承担着电场电压理想状态下热缩管握紧力在两组绝 缘体的交界处不应该留有气隙但在实际制作完毕投入运行后，绝缘 材料在内部应力或低于冰点温度的作用下，主绝缘在运行中继续收 缩，缩短的电缆接头的交界处形成细微的一个个孤立的气隙而铜屏 蔽带缺乏弹性，不能在热缩管握紧力的作用下与主绝缘紧密贴合而形 成空隙，由接地铜屏蔽层粗糙毛刺在空隙中形成的负尖极处局部电场 集中，为诱发局部放电提供了条件芯表面与绝缘层的间隙中虽 有许多微小气隙，被绝缘体隔绝成为“孤岛”，互相没有联系在应 力的作用下，两头固定的线芯在强度最弱处发生弯曲变形，线芯表面 与绝缘层之间脱离有了间隙，被挤压的孤立气隙中的气体带着挤落的 杂质集合到了这个间隙中，而间隙中凹凸不平的铝导线成为带电电 极，形成局部场强间隙中的气体和杂质随线芯阳面温度升高在强电 场的作用下发生游离，游离出的带电质点在交变电场的作用下，往复 地冲击绝缘体，孤立的气隙和间隙之间的通道被打通，孤岛得以相连， 使得间隙更大气体更多游离更强烈。

随着温度的升高，绝缘体的击穿 场强迅速下降，间隙内游离部分的电压接近与线芯带电部位的电压， 游离向间隙周围绝缘深层发展，形成热击穿当电场强度超过一定值 时，极尖负极与线芯正板极电晕放电就发生了4.2 电晕放电促使绝缘老化形成导电通道 电极周围放电有晕光后，会产生强烈的化学反应形成臭氧、一氧 化氮和二氧化氮等臭氧对金属及有机绝缘体有强烈的氧化作用，一 氧化氮和二氧化氮等与空气中的水分子化合成强烈的呈酸类的腐蚀 剂电晕将近旁固体有机绝缘分解、破坏，表现为变酥、碳化，并沿 电场的方向逐渐向绝缘层深层发展，绝缘内部出现分层和裂纹填充 在外侧线芯的绝缘体在热击穿的作用下产生微小裂纹，热缩护套与绝 缘介质的间隙中的气体、水分和残留的杂质，形成的不均匀孤立的多 个气隙相互联通，主绝缘与热缩管夹层形成分离，由水、泥土和盐碱 颗粒构成的混合型液体渗入夹层中温度逐渐升高，混合液体介质分 子或离子的热力度增加，电场强度增加超过一定值时，电场使理解出 的离子数量迅速增加，电导随之增加，导电通道开始建立，长间隙的 火花放电形成，伸向对面电极的火花此起彼伏不断的改变放电通道的 路径，当长间隙滑闪放电沿线芯方向到达对面电极时形成沿面闪络， 最终导致整个绝缘击穿发生短路起火。

4.3 结论：在安装工艺不佳，材料选择不当，环境因素恶劣的条 件下，35 千伏户外热缩电缆接头受系统内部过电压的反复作用作 为组合绝缘体的线芯固体主绝缘薄弱处受应力和热胀冷缩力的作用 下产生裂纹，内部多个微小气隙“孤岛”发生游离，并沿电场力的方 向逐渐发展联合成为大的气隙“岛屿”开始局部放电线芯的固体主 绝缘与热缩管分离产生电晕，中期形成沿面放电，最终线芯固体主绝 缘被击穿5 结束语 在气温昼夜温差大、污秽污染较重的环境中，安装35 千伏户外 电缆接头，要综合考虑多层固体复合介质绝缘接触面之间的握紧力和 线芯的弯曲度问题冷缩接头在相同的环境条件下安全运行5 年多， 就是利用冷缩接头的压缩应力，当多层复合介质绝缘在弹性范围内蠕 动变形时，能够做到绝缘可靠密封良好，结构上能有效地防止外界水 分和有害物质侵入到绝缘中另外为限制系统内部过电压对较长电缆 出线需安装避雷器，才能满足电缆线路在各种状态下的长期安全运 行参考资料1、南京工学院 周泽存主编 高电压技术 中国电力出版社 1987 年 2、墨玉110千伏变电站 运行日记 2001年-2009 年。