一起110kV电缆终端头爆炸事故原因分析

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【摘要】就一起110kv电缆终端头爆炸事故，针对电缆终端施工工艺及设备结构进行了讨论，分析了该事故的产生原因，并提出了电缆终端安装工作应关注的重要环节和改进措施。

【关键词】电缆终端；故障；击穿；原因分析

1.事故情况回顾

1.1 终端头运行情况

该110kV电缆线路全长12.322km，事故相终端头挂高约21m。

由于线路切改，需要重新做交流耐压实验，该线路3相终端头均有被从杆塔上拆下，重新吊装的记录。

1.2 终端头故障相外观检查情况

查明事故原因为该电缆B相终端头绝缘击穿放电造成（如图1所示）。

图1 故障相终端接头

该相接头拆下后故障位置清晰照片如图2所示。

图2 故障相清晰照片

图3 剥至金属护套照片

从图2可以看出：

a）绝缘击穿点在应力锥下部，主绝缘上有爬电痕迹；

b）应力锥开裂，造成从锥底向约60mm的裂缝；

c）金属护套端口处的半导电带冲入应力锥下方约25mm。

2.故障相终端头解剖

对故障相终端头进行了逐层解剖：

1）剥除电缆外护套至金属护套，如图3所示，从图3可以看出金属护套距离应力锥下边缘约25mm；

2）剥除金属护套至主绝缘半导电层，如图4所示，测量绝缘击穿洞的大小，外直径25mm，内直径18mm，可见是从主绝缘外侧开始放电；

3）测量主绝缘外半导电层到应力锥下边缘的距离为15mm；

4）剖开应力锥，放置2小时后的照片见如图5所示，应力锥压接半导电层约11mm，可见应力锥有压缩被释放。

图4 剥至主绝缘半导电层照片

图5 静置后的照片

3.电缆故障原因分析

通过上述分析可以看出，造成绝缘击穿的主要原因是应力锥半导电层和主绝缘半导电层之间存在缝隙且制作电缆接头时的半导电胶带进入应力锥下部，两种因素基本破坏了应力锥紧密的绝缘配合和电场分布，该处应力锥作用失效，造成缝隙和气隙处电场集中，过高的电场强度导致该处产生局部放电，逐步导致了绝缘击穿。

造成应力锥半导电层和主绝缘半导电层之间存在缝隙且制作电缆接头时的半导电胶带进入应力锥下部的原因有两个，一是制作时的工艺尺寸存在问题，二是金属护套和主绝缘包裹的电缆本体产生移位。

3.1 制作工艺可能存在的问题

和厂家提供的安装说明中给出的尺寸进行比较，存在如下两处问题：

a）电缆外半导电层端口最高点至应力锥底部的距离可能存在问题，见图6。工艺上规定应该为应力锥内部半导电台阶至端口的尺寸，本型号的应力锥取搭接40mm，而解剖后的实际尺寸为未搭接，且距离15mm；为40mm，痕迹和外半导电的倒角坡口完全吻合。可以排除施工时外半导电层和应力锥安装尺寸上存在问题，则可判定应力锥和外半导电层在投运后产生相对移位，相对位移量为55mm。

b）金属护套端口至电缆外半导电层端口最高点的距离可能存在问题，见图8。图纸上要求金属护套至外半导电层端口最高点应为110mm，解剖后的实际尺寸和工艺要求相差接近120mm。

图6 外半导电层尺寸对比图

通过解剖应力锥（如图7所示），可以看到应力锥内侧的痕迹正好。

图7 应力锥解剖图

图8 金属护套和半导电层尺寸对比图

假如按施工工艺正确来判断，金属护套相对外半导电层得相对位移量应该为120mm。单纯从外观上很难判断金属护套的剥切尺寸是否正确，但从图8所示金属护套包住外半导电层的断口可以判断引发绝缘击穿的主要原因是金属护套和绝缘层发生相对移位造成。

3.2 吊装过程中金属护套移位造成

通过上述分析，可以判断金属护套的相对位移量在55mm和120mm之间。因为电缆设计时能够满足水平落差的要求，所以产生移位的主要原因应是在电缆吊装过程中产生。

（1）查阅了YJLLW03-64/110kV1×500mm2电缆的质量密度为10.17Kg/m。本相电缆以23m计算，可以得到吊装时护套所承受的重力：

G=10.17Kg/m×23m×9.8N/Kg=2339N

（公式1）

当捆绑电缆护套为受力部位进行吊装时，金属护套和半导电层之间的摩擦力将承受电缆的自重约2339N，这种吊装方式很可能会造成金属护套的相对位移。

查看电缆线路施工的相关标准GB 50168，其5.1.10中有如图9所示的规定。

从图9可以看出牵引部位可以是线芯也可以是金属护套，也就是说国标是允许用牵引头的方式以线芯为受力部位进行牵引的。

图9 国标中对牵引部位和牵引强度的规定

以单相500mm2的铜芯电缆为例，可承受的最大允许牵引力可以用如下公式计算：

F=500mm2×70N/mm2=35000N （公式2）

足以承受电缆的自重（护套质量远轻于线芯质量），且远不会引起线芯拉伸变形，可以采用适当的方式牵引线芯来吊装电缆终端。

（2）GB 50168中规定“电缆的牵引速度不宜超过15m/min，110kV及以上电缆或在较复杂路径上敷设时，其速度应适当放慢”，当吊装速度过快或者起吊时过猛都可能会造成金属护套移位；

（3）受电缆终端塔上的电缆固定位置和电缆固定角度限制，在安装过程中会使电缆扭曲受力，减少了金属护套和外半导电层之间的摩擦力，进一步加剧了金属护套位移，为防止扭曲受力，GB 50168中规定“机械敷设电缆时，应在牵引头或钢丝网套与牵引钢缆之间装设防捻器”。

4.电缆终端故障防范措施建议

1）严格按照安装说明和规程要求制做终端头；

2）尽力避免终端头的重复拆卸、吊装，会造成电缆最大允许牵引力的迅速下降；

3）起吊时最好选择线芯为受力点，且牵引头与牵引钢缆之间应装设防捻器；

4）起吊时应缓慢，不能过猛，吊装时的上升速度缓慢平稳，最高速度不能超过15m/min；

5）建议对电缆终端头进行局部放电在线检测，及时发现终端头存在的问题。

作者简介：沈学良（1982―），男，硕士，助理工程师，主要从事电缆运检工作。