一起35 kV 交联聚乙烯电缆终端故障原因分析

陈玉峰，周 平，万 麒

（中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北 宜昌 443133）

0 引言

交联聚乙烯电缆因结构简单、电气性能和耐热性能稳定、抗腐蚀、机械强度高等[1]优点，被广泛应用。但在使用过程中，因电缆制造、高压电缆终端制作工艺、机械损伤、系统过电压击穿等[2]方面原因，电缆终端绝缘击穿事故时有发生。文章介绍一起35 kV 交联聚乙烯电缆终端故障情况，分析故障发生的原因，提出相应的措施，以减少此类事故的发生。

1 某35kV 电力电缆故障情况

2021-12-17 22:44 监 控 系 统 报“35 kV Ⅱ母消弧柜接地告警”“35 kV Ⅱ母消弧柜电压异常”“35 kV Ⅱ母消弧柜铁磁谐振告警”“35 kV Ⅱ母CT/PT 断线/运行异常”等信号。

经停电对故障信号所涉设备进行现场检查，发现35 kV Ⅱ母电压互感器柜A 相电缆终端主绝缘击穿，并对邻近电压互感器、电力电缆放电，事故导致柜内三相电压互感器二次端子烧毁，互感器主绝缘开裂，临近的B 相电缆外护套及屏蔽层受损，主绝缘未击穿，事故未发展为相间短路故障。

2 电缆终端检查情况

本次发生故障的电缆为35 kV 单芯电缆，经对故障电缆外观检查，发现绝缘击穿位置在电缆终端半导电层区域，半导电层区域主绝缘烧毁，铜屏蔽层断口轻微烧毁，电缆线芯有少量断股，未全部熔断，电缆终端附件应力锥大部分烧毁。

经对故障的A 相电缆终端进行解剖检查，发现电缆主绝缘外表面有明显的划痕，划痕内有少量黑色颗粒物，主绝缘外表面未进行打磨及涂抹硅脂，主绝缘端部断口切割不整齐，且未进行倒角。经对故障电缆终端铜屏蔽、半导电层剥离长度进行测量，确定故障相电缆主绝缘断口至铜屏蔽断口长度为330 mm，主绝缘断口至半导电层断口长度为310 mm。对该型电缆终端护套进行测量，确认终端护套全长为340 mm，其应力锥区域在距离护套靠接线端子断口260～300 mm 的区域，由此可以确定，故障电缆的半导电层与终端护套的应力锥完全未搭接，且中间还存在10 mm 的间隙。

对非故障的B 相电缆终端进行解剖检查，发现其主绝缘同样存在有划痕，划痕内有少量颗粒物，主绝缘外表面未进行打磨及涂抹硅脂，主绝缘端部断口切割不整齐，且未进行倒角的情况存在。对电缆终端铜屏蔽、半导电层剥离长度进行测量，确定B 相电缆主绝缘断口至铜屏蔽断口长度为300 mm，主绝缘断口至半导电层断口长度为280 mm，由此可以确定，B 相电缆终端半导电层与电缆护套应力锥区域有20 mm 的搭接，应力锥端部与铜屏蔽层断口平齐。

3 电缆故障原因分析

针对此次电缆故障，主要从以下几个方面分析故障发生的原因：

故障电缆安装在35 kV 开关柜内，现场环境干燥、无积水，对电缆终端解剖，也未见绝缘受潮迹象，可排除电缆因受潮形成水树枝最终导致绝缘击穿的可能。

对A、B 相电缆解剖检查均发现，电缆主绝缘表面有明显的刀痕，且刀痕内有黑色颗粒物存在，且主绝缘表面未进行打磨，且未涂抹硅脂。电缆主绝缘划伤会产生空气间隙，在电缆运行时会导致绝缘层表面电场分布不均，严重时导致放电、异常温升等情况，加速绝缘老化。电缆主绝缘表面未打磨，会导致半导电颗粒附着在主绝缘表面，形成悬浮电位，导致放电故障。

通过对比该型号电缆终端制作说明书，故障A相的铜屏蔽层、半导电层的剥切尺寸不符合要求，故障点为电缆终端高介电常数应力锥与半导电屏蔽层搭接区域，应力锥采用半导电材料制成喇叭口结构，延续电缆的半导电层，外加绝缘，改善屏蔽层断口的场强分布[3]，原理如图1、图2。

图1 无应力锥时的电场分布

图2 有应力锥时电场分布

故障电缆终端由于剥切尺寸的错误，导致电缆半导电层与应力锥完全未搭接，且两者之前还存在10mm 间隙，破坏了应力锥与主绝缘的紧密配合和电场分布，使应力锥失效，造成电缆半导电屏蔽层处电场畸变，过高的电场强度导致电缆在运行过程中产生局部放电，加速绝缘老化，最终导致电缆半导电层区域绝缘击穿。

4 结论及措施

综上所述，电缆主绝缘割伤、电缆半导电层与应力锥未搭接、电缆终端制作时半导电层剥切错误等多项工艺不达标，是此次故障发生的主要原因。

提高电缆终端安装质量，减少电缆终端故障的发生，可采取以下几个方面的措施：

（1）加强电缆终端制作人员的技能培训，提高作业人员的技能水平。

（2）为电缆终端制作建档，档案内容包括电缆制作人信息，电缆制作过程中关键节点照片或电缆终端制作全程视频。

（3）研究运用局放测量、X 光等技术手段，对电缆终端制作工艺检查及判断电缆终端运行工况方面的应用。