一起35 kV内锥插拔式电缆终端击穿故障分析

朱广秀源，蒋 玲，王生杰，李剑武，刘敬之，刘国平，王理丽，张毅涛

(1.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海 西宁 810008；2.国网青海省电力公司，青海 西宁 810008；3.国网青海省电力公司海南供电公司，青海 西宁 813000)

0 引言

近年来，随着经济社会的不断发展，城市用电量迅速增长，新增输电线路也逐年增加。但限于城市规划、环境景观及线路走廊要求，城市输电线路越来越多的采用电缆。内锥插拔式电缆终端以全绝缘、全屏蔽、结构紧凑、安装简便、易于操作、运行可靠、维修方便等特点被广泛用于地铁、工厂以及沿海和高原等地区，成为了35 kV及以下中压交联电缆的理想附件〔1,2〕。

1 故障概况

1.1 故障经过

某35 kV变电站共有两台主变，故障前1号主变带负荷运行，2号主变处于热备用状态。2021年1月10日20:28，1号主变差动保护动作跳闸；20:30，调度远方投入2号主变；20:30:56，2号主变差动保护动作跳闸。

1.2 现场检查

经检查发现，2号主变高压侧C相电缆终端发生击穿故障，铝护套击穿，热缩套烧蚀。该电缆型号为YJV22-26/35-1×50 mm2，全长24 m, 投运12年，投运前试验合格，电缆终端采用的是内锥插拔式电缆终端，现场检查如图1所示。

图1 击穿的电缆终端

2 故障分析

2.1 解体检查

对故障电缆终端进行解体检查，电缆终端整体破坏较为严重，铝护套表面存在一烧蚀熔洞，直径约35 mm，熔洞位置紧挨应力锥尾部，铝护套熔洞对应内部电缆主绝缘被烧蚀、线芯熔断、铜屏蔽烧及紧压环被烧熔，如图2所示。

图2 解体后的故障电缆终端

将故障电缆终端应力锥从中部切开后，发现对应电缆主绝缘贯穿性烧熔的应力锥内壁从端部开始存在一放电通道，呈灰色龟裂状，一直延伸至半导电层。半导电层被烧蚀呈炭黑色，应力锥端部与承力环接触面存在一圆环形灰色放电烧蚀痕迹，应力锥尾部部分被烧蚀，如图3、图4所示。

图3 放电通道

根据以上现象可以判断主放电通道为：高场强区的应力锥端部-应力锥内壁与电缆主绝缘交界面-应力锥半导电层-电缆半导电层-铜屏蔽-金属铠装-接地线，放电通道唯一且明晰。

通过对放电通道处电缆部件进行检查，发现与承力环及电缆主绝缘端部存在一明显空隙，长约24 mm，如图3。按照电缆终端制作工艺要求，此处电缆主绝缘端部约5 mm应切割45°的倒角，以将其插入至承力环内，确保电缆线芯与应力锥间保持足够的绝缘强度。但对此处电缆主绝缘端部形貌进行分析，其存在明显的烧熔痕迹，为电缆故障期间高温所致，但其边沿处存在明显的切削状痕迹，由此可以判断此处为主绝缘端部的45°倒角，如图5。检查电缆线芯与电缆终端插接触指结合处，发现线芯的切割面与触指端头接触环平齐、贴合紧密，未发现有线芯向下蹿滑的迹象，可以排除电缆终端制作完成后电缆向下位移以及故障发生后拔出电缆终端时导致该间隙出现的可能，如图5。据此可以判断该明显空隙为电缆终端制作期间电缆主绝缘与承力环间未插接到位或者电缆主绝缘切削过多所致。

图5 主绝缘端部切削痕迹线芯与电缆终端插接触指结合处

此外，应力锥本是通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延伸，使零电位形成喇叭状，从而改善绝缘屏蔽层的电场分布，降低放电的可能性。但通过测量电缆直径以及应力锥内径，发现电缆直径较应力锥内径小1 mm。按照要求，电缆本体与应力锥应过盈配合，即应力锥内电缆直径应略大于应力锥内径，确保两者间不存在间隙，这意味着此故障终端电缆绝缘屏蔽切断处电场密度没有得到应有的疏散，应力锥没有起到应有的作用〔3〕。

2.2 原因分析

结合故障经过及解体检查，可知：

(1)应力锥内电缆主绝缘与承力环间明显空隙为电缆终端制作期间工艺控制不良所致；

(2)电缆主绝缘与承力环间未插接到位或者电缆主绝缘切削过多而形成长约24 mm的空隙，导致本应以交联聚乙烯与应力锥为主绝缘的绝缘介质替换为以空气、交联聚乙烯及应力锥复合绝缘为主绝缘的绝缘介质；

(3)在运行电压作用下，电缆主绝缘与应力锥交界面处长期存在局部放电，导致电缆主绝缘及应力锥内壁绝缘劣化，并沿着应力锥内壁绝缘相对薄弱处(即应力锥内壁与电缆主绝缘间尺寸配合不良处)延伸发展；

(4)在合闸投运操作过电压作用下，电缆终端局部放电进一步发展进而形成贯穿性放电通道，导致对地击穿；

(5)较大的故障电流造成电缆线芯、主绝缘、铝护套等部件烧熔。

3 结论与建议

3.1 结论

综合分析，此次故障的主要原因是电缆终端制作工艺不良，导致应力锥内电缆主绝缘与承力环间存在空隙，在长期运行电压作用下造成电缆终端绝缘受损并对地击穿，进而造成此次设备故障。

3.2 建议

(1)导致电缆终端击穿故障的关键因素是电缆终端的制作质量，而制作人员的技术水平和制作态度直接决定了电缆终端的使用寿命〔4〕，为确保电缆终端制作工艺满足标准要求，在提高电缆头制作工艺的同时，加强电缆头制作过程的现场监督工作。

(2)对遭受冲击的变压器进行相关试验，校核此次近距离电缆头击穿故障对主变性能的影响。

(3)提高电缆人员运维管理水平，加强电缆温度检测、局放检测等带电检测工作，及早发现电缆缺陷、避免故障的发生，做好电缆运行工况的掌握，做到提前预防。

(4)进一步提升变电站主设备运维水平，及时发现设备隐患，以避免发生相关电网事件。