110千伏及以上高压交联电缆系统故障分析[001]

110千伏及以上高压交联电缆系统故障分析

一、前言

近年来，随着我国城市电网的不断改造，交联聚乙烯电力电缆作为电力电缆的主流产品已经广泛应用于输电线路和配电网中。北京地区截止到200 4年6月投运的220千伏电压等级交联聚乙烯电力电缆83公里，110千伏电压等级交联聚乙烯电力电缆300多公里。全国据不完全统计，已投入运行的110kV及以上的高压电缆线路已经超过1000公里，最高电压等级已达500k V。

资料表明：在对全国主要城市126家电力电缆运行维护单位10kV以上的电力电缆（总长度91000公里）在1997至2001年期间运行状态进行调查统计和故障原因分析发现，10～220kV电力电缆的平均运行故障率由1997年的11.3次/（100公里·年）逐年下降到2001年的5.2次/（100公里·年），但相对经济发达国家仍高出约10倍[2]。

电力电缆线路故障率和多数电力设备一样，投入运行初期（1~5年内）容易发生运行故障，主要原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题；运行中期（5~25年内），电缆本体和附件基本进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝状老化击穿和附件呼吸效应进潮而发生沿面放电；运行后期（25年后），电缆本体绝缘树枝老化、电-热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。

二、高压电缆故障分析

高压电缆系统故障分类的方法很多，本文按照故障产生的原因进行分类大致分为以下几类：厂家制造原因、施工质量原因、设计单位设计原因、外力破坏四大类。下面进行分类介绍：

2.1厂家制造原因

厂家制造原因根据发生部位不同，又分为电缆本体原因、电缆接头原因、电缆接地系统原因三类。

2.1.1电缆本体制造原因

因为现在高压电缆制造在原材料及机器设备方面已经成熟，而且电缆在出厂前要进行交流耐压试验，试验标准160千伏，半小时通过为合格（IEC6 0840标准要求），所以一般电缆本体出现问题的概率比较小。笔者曾经到过国内好几个电缆厂家进行考察验收，居笔者了解，有了好的设备并不等于就会有好产品，保证产品质量不仅要有好的设备（国内现在有好几个电缆厂家的设备都具有国际先进水平），更需要有好的技术人员、操作人员和严格的

检验控制，因为在生产过程中杜绝不合格产品很难，不少厂家在生产过程中都出现过不合格产品，但通过严格的检验可以分析问题，杜绝不合格产品流入市场，但如果厂家不严格按照规定生产，或者为赶工期进行抢工，那么产生不合格产品的几率就大大提高。一般在电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀、电缆受潮、电缆金属护套密封不良等，有些情况比较严重可能在竣工试验中或投运后不久出现故障，大部分在电缆系统中以缺陷形式存在，对电缆长期安全运行造成严重隐患。

事故案例1：电缆本体击穿事故，110千伏电缆在竣工后通过了5分钟1.

7U

0变频交流耐压试验（当时的竣工验收试验标准，后来标准改为 1.7U

60

分钟），在投运12小时之后发生电缆本体击穿，分析排除了敷设过程破坏和外力破坏的可能性，确认为电缆本体缺陷导致击穿，经过多次分析，未找到击穿具体原因，怀疑为电缆内外屏蔽有突起或杂质，在工厂和现场试验时电缆绝缘已经部分受损，所以在投运后才会马上出现问题。电缆本体击穿情况见图一。

图一电缆本体击穿情况图

事故案例2：哈尔滨地区也发生过电缆本体故障情况，他们为区别是电缆制造原因还是外力破坏原因还进行了具体试验分析，最后确认为电缆本体制造问题。

北京地区在执行电缆接头前电缆质量检查中曾经发现过电缆阻水层受潮、绝缘屏蔽表面有铜屑、铝护套变形、绝缘偏心、绝缘内有杂质、绝缘屏蔽划伤等问题，多次出现厂家因质量原因退货情况。

2.1.2电缆接头制造原因

高压电缆接头以前用绕包型、模铸型、模塑型等类型，需要现场制作的

工作量大，并且因为现场条件的限制和制作工艺的原因，绝缘带层间不可避免地会有气隙和杂质，所以容易发生问题。现在国内普遍采用的型式是组装型和预制型。组装型接头的绝缘部分分为两部分：环氧树脂绝缘筒和预制的应力锥。为了保证应力锥与环氧树脂绝缘筒和应力锥与电缆绝缘结合界面有足够的压力，以提高结合面允许的最高场强，在设计了一组用于压紧应力锥的弹簧压紧装置。预制型接头由富有弹性的硅橡胶或三元乙丙橡胶制成。接头集改善电场分布的应力锥、导体屏蔽、绝缘屏蔽和接头的主绝缘于一体，全部在工厂预制成型，由过赢配合来保证结合面的压力；又由于硅橡胶和三元乙丙橡胶的膨胀系数接近且具有弹性，在运行中当负荷变化、温度变化引起热胀冷缩时，能自动平衡，不会产生相对位移。

电缆接头又分为电缆终端接头和电缆中间接头，不管什么接头形式，电缆接头故障一般都出现在电缆绝缘屏蔽断口处，因为这里是电应力集中的部位，因制造原因导致电缆接头故障的原因有应力锥本体制造缺陷、绝缘填充剂问题、密封圈漏油等原因。

事故案例1：110千伏预制式中间接头击穿事故，运行时间一年，击穿部位是硅橡胶应力锥。原因分析：这批中间接头在制作过程中预扩充时也发现过多次应力锥破裂问题，厂家确认部分产品在工厂内硫化过程中出现氯原子混入的现象导致硅橡胶弹性下降，只要通过预扩充没有破裂的应力锥可以保证安全运行。在该工程发电将近一年后，发生中间接头击穿故障，解剖发现应力锥本体开裂，接头发生滑闪放电导致击穿。该项目在2001年进行交流耐压试验时又有两只接头在试验过程中击穿，击穿原因也是应力锥本体开裂，接头发生滑闪放电导致击穿更进一步证明该公司这批产品质量不稳定。

图二应力锥击穿后外观图

图三电缆表面爬电痕迹图

图四电缆中间接头解剖图

图五 GIS终端头击穿情况图

事故案例2：GIS终端接头击穿事故，运行时间接近两年时间，直接的

击穿点在电缆终端内应力锥中间，半导电应力管上方37mm处，电缆线芯与应力锥间放电，应力锥和电缆上各烧出一个18×20mm的孔洞，环氧套管被炸成四大块及一些碎片。事故原因分析：因为终端接头出线杆工艺要求包绕PVC带和VDG绝缘带，PVC带包VDG绝缘带外侧，然后泡在聚异丁烯绝缘油内，PVC带长时间浸泡后松开脱落，垂入金属应力锥内，导致电场崎变，导致局放，最终导致接头击穿。福建厦门电业局利用红外测温监测电缆终端瓷套时也发现了因PVC带脱落导致接头内电场歧变发生局部放电的情况。

事故案例3：220千伏GIS接头击穿事故，运行时间7年多，击穿部位应力锥上部，离开绝缘屏蔽末端大约20厘米处，因为应力锥在爆炸时已经炸成碎片，故障分析比较困难，但从终端内填充的硅油已经严重劣化，从清亮状态变成黄色的块状油脂可以看出终端内发生长期的局部放电，产生局部放电的原因很多，具体造成局部放电的原因不明，很有可能是绝缘油本身有问题。

图六终端击穿后的情况

2.1.3电缆接地系统

电缆接地系统包括电缆接地箱、电缆接地保护箱（带护层保护器）、电

缆交叉互联箱、护层保护器等部分。一般容易发生的问题主要是因为箱体密

封不好进水导致多点接地，引起金属护层感应电流过大。另外护层保护器参

数选取不合理或质量不好氧化锌晶体不稳定也容易引发护层保护器损坏。因

为箱体密封不好进水导致的问题比较常见，因为护层保护器引起的问题听说

成都供电局曾经遇到过，具体原因不清楚。

3 施工质量原因

因为施工质量导致高压电缆系统故障的事例很多，主要原因有以下几个

方面：一是现场条件比较差，电缆和接头在工厂制造时环境和工艺要求都很