35 kV单芯电缆头频繁击穿故障分析及预防

赵宏宁

(庆阳供电公司，甘肃 庆阳 745000)

2007年，某110 kV变电站35 kV开关柜改造更换后，原铝排引接的户内电气部分全部改为单芯电缆连接。由于电缆敷设安装设计不到位，施工单位对单芯电缆的制作安装参照了10 kV电缆基本工艺，运行4年来先后发生电缆头击穿故障5起，一度成为影响安全运行的隐患。

1 5起电缆头击穿及处理情况

(1)2008年3月，2号主变至35 kV开关柜连接电缆开关柜侧B相击穿爆裂，因开关柜侧相间距离较小而伤及A，C相，见图1。障的主因。对5个电缆头采用知名品牌的终端材料进行了重新制作，改热缩材料为冷缩材料。

图1 2008-03-01开关柜端电缆头击穿

图2 2008-05-29线路端电缆头击穿

图3 2009-01-28线路端电缆头击穿

(2)2008年5月，3516馈线穿墙套管侧电缆头C相击穿，见图2。

(3)2009年1月，3515馈线穿墙套管侧电缆头C相击穿，见图3。为了查明电缆头频繁击穿的原因，检修单位聘请了国内知名电缆终端附件生产厂技术人员，现场组织了解剖分析，初步确定了电缆头初次制作工艺不规范及材料质量问题是造成故

(4)2009年2月，3515馈线穿墙套管侧电缆头C相第2次击穿，见图4。本次击穿的电缆头是2009年1月击穿后更换的冷缩电缆头，在制作过程中严格控制了工艺、环境及质量，但2次击穿情况及部位基本一致，反映出爆裂原因与冷缩热缩材料关系不大。

(5)2010年12月，2号主变至35 kV开关柜连接电缆穿墙套管侧B相击穿，见图5。情况基本与第1次故障相同。

图4 2009-02-26主变侧电缆头击穿

图5 2010-12-16主变侧电缆头击穿

2 电缆检测及运行现状

为了进一步查清故障重复发生的原因，检修人员进行了周期性设备红外线、紫外线成像检测及巡视工作，归纳总结了以下现象。

(1)电缆头击穿故障集中在主变及负荷较大的电缆上。虽然电缆容量完全满足负荷要求，但故障与流经电缆的电流有关，电流大的故障次数较多。

(2)紫外线成像未发现电缆存在放电部位。

(3)红外线成像结果表明，大部分电缆头同一部位(电缆头半导层切口位置)存在发热点(见图6)。虽然检测温度不高(约14 ℃)，但发热点集中且长期存在。

图6 电缆头上的发热点(下侧电缆)

(4)电缆金属护套接地全部采用两侧接地方式，开关柜侧是与开关柜配套的插入套管式电缆终端(见图1)，制作时金属护套部分与开关柜体自然接地；另一端金属护套接地采用多股绞线引出，直接与电缆金属支架连接。

3 单芯电缆金属护套接地方式分析

通过综合分析，金属护套接地方式选择成为引起电缆故障的怀疑焦点。在电缆施工手册中，虽然有电缆金属护套两端接地的方案，但对于电缆金属护套两端接地的缺点，只考虑了护套中的环流对电缆载流量产生损耗的影响。本工程中未考虑传输功率因素，将金属护套全部两端接地，电缆传输容量较大时，金属护套中的环流作用可能在电缆头局部产生长期发热情况，使电缆主绝缘逐渐老化而击穿。

单芯电缆导体与金属护套的关系，可以看作是一个变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆运行中导体通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线与电缆金属护套交链，在金属护套中产生感应电压。感应电压的大小与电缆中流过导体的电流及电缆的排列方式和电缆长度有关。电缆很长时，金属护套上感应的电压可能达到危及人身安全的程度。当线路发生不对称短路故障时，金属护套上的感应电压会达到很大值，当线路遭受操作过电压或者雷击过电压时，金属护套还会形成更高的电压，导致护层绝缘被击穿。如果金属护套两点接地使其形成闭合回路，金属护套将产生环形电流。有资料显示，对220 kV单芯电缆金属护套两端接地情况下，低负载测量金属护套的环形电流，达到导体电流值的45 %。若电缆满负荷运行或电缆长度更大时，金属护套中环流及金属护套电压都会成比例增加。

虽然对电缆线路短、传输功率很小的单芯电缆允许金属护套两端接地，以减少维护工作量。但红外线成像检测结果表明，金属护套中环形电流作用在电缆头终端尾管的接地连接部位所产生的长期发热情况是实际存在的，这个局部发热会对电缆头部位主绝缘造成潜在危害。

另外，35 kV属于小电流接地系统，该变电站35 kV系统供给的6条线路全部是农网负荷，线路路径复杂，经常发生线路单相接地引起的非接地相对地电压升高及线路雷击过电压情况，是诱发电缆头绝缘薄弱部位击穿的主因。

4 防止单芯电缆头击穿的主要措施

(1)通过对同一次制作的电缆头的工艺检查，发现大部分初次制作工艺不符合技术要求，主要表现在主绝缘切口不规则，表面打磨粗糙，部分有损伤，半导层剥离处理粗糙等。在选择国内品牌电缆附件、严格控制现场工艺的基础上，对部分电缆头进行重新制作。

(2)将所有电缆金属护套接地改为一侧接地。通过反复对比试验，金属护套一侧接地的电缆头局部发热现象明显改善。同时，对其他2个新投运变电站中压侧采用单芯电缆连接的9条电缆，全部采用金属护套一侧接地方案，运行近2年无异常。

(3)继续对电缆头进行定期红外线、紫外线成像检查，有条件时开展金属护套对地电压测量及环流测量。根据电缆敷设规范，对较长线路的单芯电缆金属护套，采用一侧直接接地，另一侧安装接地保护器的方案。