一起110kV整体预制式EPDM电缆中间接头故障分析

摘要：通过对发生故障的110kv整体预制式epdm电缆中间接头进行解剖，分析、判断故障原因是整体预制绝缘件内应力锥存在制造工艺缺陷。在竣工耐压试验时，出现电场过度集中导致应力锥缺陷部分与绝缘件内导体屏蔽间绝缘击穿。

关键词：整体预制式；中间接头；故障分析

随着城市的发展，电力电缆由于其占地面积少，不影响城市景观等优势，逐渐取代市区内架空线路，新投产电缆线路日趋增多[1]。但由于电缆及附件制作过程复杂，施工要求高[2-4]，随着电力电缆投产数量的增加，电缆附件故障也有增长趋势。其中在2012年，深圳地区就发生了3起在竣工耐压试验时绝缘击穿的接头故障。因此，针对发生的故障进行深入分析，找到故障原因，采取有效措施降低故障率，对维护电力电缆工作的良好运营非常有必要。

1 线路概况

2012年6月，某新建110kV电缆线路进行竣工耐压试验时，试验前测量绝缘电阻为30000MΩ，谐振频率设置为36.74Hz，然后手动增加电压，当增至90kV（1.4Uo）时试验设备装置突然跳闸并显示放电保护动作，B相接地故障；对全线进行故障点查找，发现#2工井中间绝缘接头发生放电击穿。

该电缆线路由一段于2011年7月投产的电缆和新建一个交叉互联段组成，全长2.43千米。故障接头位于新建交叉互联单元，故障接头型号为YJJJI2-64/110-1×800，整体预制绝缘件材料为EPDM（三元乙丙橡胶）；全线采用管、沟敷设，中间接头为进口产品。

2 故障分析

2.1 整体预制绝缘件结构及生产过程

整体预制绝缘件由两侧应力锥、中间内嵌导体屏蔽和上述两者间的绝缘部分以及外屏蔽构成，如图1所示。

EPDM整体预制绝缘件的生产过程主要由以下两个步骤完成：

⑴分别生产半导体屏蔽罩部分及两侧应力锥；

⑵将半导体屏蔽罩部分及两侧应力锥安装于总装模具，高压注射绝缘胶，并进行硫化，形成整体预制绝缘件。

2.2 解剖过程

⑴故障前后，中间接头的玻璃钢保护壳完好无损，打开玻璃钢保护壳并去除防水胶，中间接头铜套保护壳完好（如图2所示）；

⑵将铜保护套去除，清除铜屏蔽网和绝缘胶带并做清洁，可见整体预制绝缘件的绝缘端部有一开裂长孔，长径方向40mm，短径方向10mm（如图3所示）。

⑶将整体预制绝缘件解剖开，可见自导体铜屏蔽罩往电缆外半导电端口的电缆绝缘表面有一浅凹痕（如图4所示），但未到达电缆外半导电屏蔽端口，导体铜屏蔽罩端部有一长径约3mm的凹坑；

⑷去除导体铜屏蔽罩，复核安装尺寸，结果显示符合安装要求（如图5所示）。

⑸将整体预制绝缘件解剖开，可见在导体屏蔽端面内侧约17mm处起开裂至应力锥端面，整个开裂面没有严重的烧损痕迹（如图6所示），图3所示整体预制绝缘件的绝缘端部有一开裂长孔对应于图4左侧应力锥处。

⑹将整体预制绝缘件解剖开，在非故障侧的应力锥，可以看到明显的三处缺陷两种类别（如图7所示）。缺陷1、3为严重缺陷，绝缘胶侵入应力锥内部，将应力锥锥面曲线截断，形成两个非常尖锐的断口；缺陷2从外部侵入应力锥内部形成一个小凹坑，未穿越应力锥曲面，不影响应力锥锥面曲线。

⑺沿预制绝缘件开裂处进行剖切，可见应力锥弧线中部起，往半导体屏蔽管方向有一明显的击穿通道。同时，在距半导体屏蔽管部约2mm处，有一个长径约2.3mm的黑色焦物，该黑色焦物的周边绝缘未有被损痕迹，因此可确认黑色焦物为产品生产过程中剩留在绝缘中的杂质（如图8所示）。

2.3 原因分析

首先，从解剖情况看，整体预制绝缘件内表面在应力锥起角线与半导体屏蔽管端部未存在严重的烧蚀，而整个表面开裂，应力锥部分开裂穿透；应力锥往半导电屏蔽管部分开裂深度也几近穿透程度；同时电缆的表面也仅表现为轻微的浅凹痕，该浅凹痕自半导体屏蔽管端部起往应力锥方向未达应力锥起角线，无完整电缆绝缘表面或整体预制绝缘件的内表面放电通路；击穿通道位于整体预制件的绝缘内部，为内绝缘击穿。

其次，从非故障侧应力锥存在严重缺陷现象可以判断，在高压注射绝缘胶的生产过程中，故障侧应力锥也可能存在如图7所示的缺陷2类型缺陷，绝缘胶侵入应力锥改变应力锥曲线，该处存在尖角。加压后该缺陷处电场发生严重畸变，在试验电压下即发生击穿。从图8可见在击穿通路附近有杂质，也可能存在杂质附着于应力锥表面，加压后该杂质处电场很强，杂质首先被击穿，从而导致在试验电压下整体预制件的绝缘内部击穿。事故发生后，该类缺陷随故障烧蚀而消失，变成故障通路。

综上分析，此次故障是由于整体预制绝缘件存在严重质量缺陷，杂质或绝缘胶侵入应力锥，使应力锥曲面受损，形成尖锐端部，竣工试验时在高电压作用下缺陷处的电场发生严重畸变，并引起电场集中造成局部放电，继而发展形成贯穿性导电通道造成绝缘击穿。

3 结束语

产品质量问题和安装质量问题仍是当前电缆故障的主要原因，为减少由于产品质量造成的电缆故障，首先，附件生产厂家应加强生产过程中半成品质量的中间检测管控，并对产品进行耐压试验及局放试验，有效地发现存在缺陷的产品，杜绝存在缺陷的产品出厂。其次，供电企业应加强竣工验收工作，严格把关，杜绝带缺陷设备投入运行。

参考文献

[1] 江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].北京，中国电力出版社，2008.

[2] 卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京，机械工业出版社，1998.

[3] 刘子玉.电力电缆结构设计原理[M].西安，西安交通大学出版社，1995.

[4] 郑肇骥，王琨明.高压电缆线路[M].北京，水利电力出版社，1981.

[5] 张建文.电气设备故障诊断技术[M].北京，中国水利水电出版社，2006.