电缆终端异常发热案例分析

技术与应用

2015年第11期

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电缆终端异常发热案例分析

程 帆1 曾浩松2

（1. 东南大学，南京 210096；2. 国网河南省电力公司检修公司，郑州 450000）

摘要 本文介绍了一起电缆终端异常发热事故。通过案例分析，研究了电缆终端异常发热的原因。针对终端进水典型案例,运用ANSYS 软件研究其热场分布，最后针对性地提出防止终端异常发热的一些措施和建议。

关键词：电缆终端；异常发热；原因分析；仿真分析；措施建议

Abnormal Heat of Transmission Cable Termination

Case Simulation and Analysis

Cheng Fan 1 Zeng Haosong 2

(1. Southeast University, Nanjing 210096；2. State Grid Henan Electric Power Company, Zhengzhou 450000)

Abstract This article describes the classification of cable terminals.Then we can analyze the reasons of abnormal heat in details by practical examples. Then using ANSYS software for terminal water simulation analysis, finally, a few measures and suggestions are proposed for prohibiting abnormal heating.

Keywords ：Cable terminal ；abnormal heat ；cause analysis ；simulation analysis ；measures recommended

随着中国经济的快速发展,城市现代化水平的不断提高，电力电缆作为城市电网的重要设备，发展速度极快，平均年增长量达30%。红外检测技术作为近年来发展十分迅速的新技术，能够对运行中发生的异常发热进行快速的在线检测。本文对一起电缆终端异常发热进行分析，并利用ANSYS 有限元分析软件对终端头热场计算，验证之前的分析结果。最后总结规律得出结论并给出预防电缆终端头异常发热的措施和建议。 1 输电电缆终端及异常发热案例

1.1 输电电缆终端简介

电力电缆终端安装在电缆末端，是最容易发生

故障的地方。按绝缘材料分为一类、二类、三类终

端三种类型。瓷套式电缆终端的外绝缘是采用高强

度的无机材料陶瓷。该型电缆终端具有良好的耐候

性、防电蚀性、防憎水性以及抗紫外线老化性，主

要应用于条件恶劣人口稀少的地方。

安装质量不良是造成电缆终端缺陷的主要原

因，施工现场灰尘、温度、安装错位、湿度等都要

求控制的十分到位，在屏蔽层、半导体层、主绝缘层参入微量水分、沙尘都会造成电缆终端内部电场分布不均匀、发生局部放电、绝缘性能下降等。 1.2 异常发热事件简介 2010年第一季度，广州供电局下瑞南甲线南箕段A 相电缆02头进行红外测温时有疑似发热现象发生。2月5日，工作人员对该电缆终端头再次进行红外测温，测量得到的数据是：A 相20.0℃、B 相17.2℃、C 相17.3℃，测量结论为：“110kV 瑞南

甲线电缆02头有异常发热现象”。为了确保供电可

靠性，决定立刻进行该段线路停电检修。瑞南甲线南箕段1998年5月15日首次投入运行，型号为ZR-YJLW 1×700。 图1是该电缆终端故障处理前的红外图谱。采用横向比较法，从图中看出电缆终端A 相的应力锥部位温度比B 相和C 相高出约3℃，很明显的异常发热现象。采用同相比较法，也能从图中发现，A 相应力锥部位的温度明显高于上下两端温度。 经查阅相关记录，生产记录表上的各种技术数据完全满足工艺要求，该电缆终端装置并无质量问

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123题。在随后的现场拆卸过程中，发现瓷套管内存积大量的水，怀疑由电缆出线棒和顶部封盖间的O 型密封橡胶圈密封失效引起进水。针对上述事故，首先通过搭建其终端的热场计算的ANSYS 模型来模拟终端进水，得出仿真实验结果，并与最终实际测得的温度进行对比，来分析结果误差和仿真的效果。

图1 瑞南甲线南箕段终端红外图谱

2 瓷套式终端进水的温度分布仿真

图2是在ANSYS 中搭建的典型XLPE 电缆终端模型（剖面）。由于水的密度比绝缘油大，所以在终端内部进水时水在绝缘油的下层，并且此次仿真设定其淹没应力锥。

图2 典型XLPE 电缆终端模型

图2中：1代表电缆芯导体，2代表XLPE 绝缘，3代表应力锥，4代表水，5代表绝缘油，6代表外绝缘，整个终端是在一个矩形空气场中。在仿真试验中，电缆芯导体选用铜导体，内绝缘选用XLPE 绝缘，应力锥选用的材料是三元乙丙橡胶，绝缘油选用聚异丁烯，外绝缘选用陶瓷，表1是上述材料的导热系数，单位：W/(m ·K)。

表1 所用材料的导热系数

材料 导热系数/［W/(m ·K)］

铜

401

XLPE 0.3923 三元乙丙橡胶 0.25 聚异丁烯 0.2 陶瓷 1.99 空气

0.024 水

0.54

模型加载的边界条件有三个：空气温度，对流

系数，载荷率。由广州当日气温13～25℃，风速较缓约为1m/s 。所以空气温度设置为20℃，对流系数取自然对流换热系数，为10W/(m 2·℃)，载荷率按以下公式计算：

22200=

==I R L I R I R W V SL S

（1）

试验中电缆中的电流I 取170A ，截面积S 取

700mm 2，电缆电阻取20℃交流电电阻7.9748×10−5Ω，算出载荷率W =0.0003292(W/m 2)。仿真结果如图4所示。

图3 进水终端仿真结果

在仿真结果图中对A 相终端温度进行对比，可以明显看出终端应力锥部位的温度高于其上部的温度，并且在水和绝缘油分界层处温度明显开始增大。从数值上看，应力锥部位温度约为27.5℃，其上部温度约为26.1℃，相差约为1.4℃。实际运行监测的红外图如图4所示。

图4 实际监测电缆终端红外图

通过该图发现：实际终端应力锥部位的温度比两侧高出1.6℃，和仿真结果基本一致，说明电缆终端进水能够引起终端应力锥部位温度升高，高出约为1.5℃左右。