35kV及以下塑料绝缘电力电缆在运行中产生的故障分析
2020/9/15 16:04:41点击：
电力电缆线芯在紧压过程中容易产生尖锐毛刺。随着运行电压升高，导体表面电场增大，毛刺尖端电场严重畸变，导致引发主绝缘树枝状放电。
1.水树枝劣化
它是XLPE电缆事故的主要原因，约占事故的71%，多发生于自然劣化。
2.铜屏蔽带断裂
在铜屏蔽带一端接地的电缆中，当铜屏蔽带断裂时，非接地一端的铜屏蔽带成为非接地状态，该铜屏蔽带上将感应出高电压，这个高电压若导致断裂部位发生放电，往往引起绝缘破坏。
铜屏蔽带断裂的特征是：
（1）单芯电缆比三芯电缆的事故多。
（2）从投运到破坏的时间，从数周到数年不等。
（3）断裂部位的导体电阻增大到数千欧，不能保护非接地侧电缆的对地闪络。
（4）断裂部位放电时冒火、冒烟，严重时可能引起火灾。
3.铜屏蔽接地故障
XLPE电缆铜屏蔽接地故障已逐渐引起现场的重视。
例如某地区的XLPE电缆多半采取直埋方式，为此将终端头的铜屏蔽地线和钢铠地线分别引出，接地线截面分别不小于25mm2和10mm2，从热缩手套下引出时应互相绝缘，通过以上两项改进，就有条件在终端头处定期测量钢铠对地和钢铠对铜屏蔽的绝缘电阻，可间接反映电缆内、外护套有无损伤，从而可以判断电缆是否受潮。
检测发现电缆铜屏蔽接地，在某变点所终端侧绝缘电阻为0.01MΩ。
进一步检测发现，故障点的位置在离变电所1973m的4号电缆接头上。把4号接头刨开，把接头内、外护套分别剥开检查，发现造成铜屏蔽接地的原因是内、外护套搭接处密封不严，钢铠甲和铜屏蔽处均有潮气存在。针对故障原因，用喷灯对该接头进行充分排潮后，把铜屏蔽在接口处断开，分别遥测接头两侧铜屏蔽对地绝缘电阻，测量结果是：变电所侧为4.5MΩ，终端侧为5MΩ。由于处理及时，避免了事故发生。
4.电缆护层故障
单芯XLPE电缆能否安全可靠地运行，与其护层能否安全可靠运行关系密切。电缆护层采用一端接地方式时，要求该电缆的护层必须绝缘良好。当电缆护层发生接地时，运行中电缆护层将受到交变磁场的作用，在铝波纹护层上将产生感应电压，使直接接地端和电缆护层的绝缘不良处产生“环流”。“环流”使铝波纹层发热，并使输送容量降低30%～40%；而且严重的可将金属护层烧穿，护层烧穿后将使电缆的主绝缘裸露在外，与地下（或空气中）的水分或潮气相接触，使绝缘层遭受破坏，最终导致绝缘击穿。
5.线芯屏蔽层厚薄不均匀
电力电缆线芯在紧压过程中容易产生尖锐毛刺。随着运行电压升高，导体表面电场增大，毛刺尖端电场严重畸变，导致引发主绝缘树枝状放电。因此，3kV及以上的XLPE电力电缆均要求设计由半导电材料构成的线芯屏蔽层和绝缘屏蔽层。半导电线芯屏蔽层的主要作用是：均匀线芯表面电场、防止气隙、提高电缆局部放电电压、屏蔽线芯毛刺、抑制树枝引发和树枝状放电，还起热屏障作用。因此它直接影响电缆的安全运行和寿命。例如：
（1）某YJV-26/35型、3×400mm2的XLPE电缆投入运行8天后发生故障，电缆本体绝缘几乎全部烧融，铜芯均有过热退火痕迹，位于铜屏蔽接地处上方16mm和51mm两处的铜线芯被烧熔化为黄豆大小粒状，铜接线端子完好。
（2）某YJV-26/35型、3×400mm2的XLPE电缆敷设竣工后做直流耐压试验时，在距一端点约4.7m处发生击穿。
现场解剖检查、分析两起故障电缆、起主绝缘和绝缘屏蔽层无明显制造质量问题，而线芯屏蔽层厚薄不均匀，最薄处厚度约0.67mm，最后处厚度约1.22mm，碳黑分散比较均匀，体积电阻率约为106Ω·cm。因此，可以判断：故障的原因是线芯屏蔽层比较薄、体积电阻率偏高，不足以屏蔽线芯毛刺或铜屑所引起的畸变电场尖端放电，主绝缘迅速被破坏，最后导致电击穿。
1.水树枝劣化
它是XLPE电缆事故的主要原因，约占事故的71%，多发生于自然劣化。
2.铜屏蔽带断裂
在铜屏蔽带一端接地的电缆中，当铜屏蔽带断裂时，非接地一端的铜屏蔽带成为非接地状态，该铜屏蔽带上将感应出高电压，这个高电压若导致断裂部位发生放电，往往引起绝缘破坏。
铜屏蔽带断裂的特征是：
（1）单芯电缆比三芯电缆的事故多。
（2）从投运到破坏的时间，从数周到数年不等。
（3）断裂部位的导体电阻增大到数千欧，不能保护非接地侧电缆的对地闪络。
（4）断裂部位放电时冒火、冒烟，严重时可能引起火灾。
3.铜屏蔽接地故障
XLPE电缆铜屏蔽接地故障已逐渐引起现场的重视。
例如某地区的XLPE电缆多半采取直埋方式，为此将终端头的铜屏蔽地线和钢铠地线分别引出，接地线截面分别不小于25mm2和10mm2，从热缩手套下引出时应互相绝缘，通过以上两项改进，就有条件在终端头处定期测量钢铠对地和钢铠对铜屏蔽的绝缘电阻，可间接反映电缆内、外护套有无损伤，从而可以判断电缆是否受潮。
检测发现电缆铜屏蔽接地，在某变点所终端侧绝缘电阻为0.01MΩ。
进一步检测发现，故障点的位置在离变电所1973m的4号电缆接头上。把4号接头刨开，把接头内、外护套分别剥开检查，发现造成铜屏蔽接地的原因是内、外护套搭接处密封不严，钢铠甲和铜屏蔽处均有潮气存在。针对故障原因，用喷灯对该接头进行充分排潮后，把铜屏蔽在接口处断开，分别遥测接头两侧铜屏蔽对地绝缘电阻，测量结果是：变电所侧为4.5MΩ，终端侧为5MΩ。由于处理及时，避免了事故发生。
4.电缆护层故障
单芯XLPE电缆能否安全可靠地运行，与其护层能否安全可靠运行关系密切。电缆护层采用一端接地方式时，要求该电缆的护层必须绝缘良好。当电缆护层发生接地时，运行中电缆护层将受到交变磁场的作用，在铝波纹护层上将产生感应电压，使直接接地端和电缆护层的绝缘不良处产生“环流”。“环流”使铝波纹层发热，并使输送容量降低30%～40%；而且严重的可将金属护层烧穿，护层烧穿后将使电缆的主绝缘裸露在外，与地下（或空气中）的水分或潮气相接触，使绝缘层遭受破坏，最终导致绝缘击穿。
5.线芯屏蔽层厚薄不均匀
电力电缆线芯在紧压过程中容易产生尖锐毛刺。随着运行电压升高，导体表面电场增大，毛刺尖端电场严重畸变，导致引发主绝缘树枝状放电。因此，3kV及以上的XLPE电力电缆均要求设计由半导电材料构成的线芯屏蔽层和绝缘屏蔽层。半导电线芯屏蔽层的主要作用是：均匀线芯表面电场、防止气隙、提高电缆局部放电电压、屏蔽线芯毛刺、抑制树枝引发和树枝状放电，还起热屏障作用。因此它直接影响电缆的安全运行和寿命。例如：
（1）某YJV-26/35型、3×400mm2的XLPE电缆投入运行8天后发生故障，电缆本体绝缘几乎全部烧融，铜芯均有过热退火痕迹，位于铜屏蔽接地处上方16mm和51mm两处的铜线芯被烧熔化为黄豆大小粒状，铜接线端子完好。
（2）某YJV-26/35型、3×400mm2的XLPE电缆敷设竣工后做直流耐压试验时，在距一端点约4.7m处发生击穿。
现场解剖检查、分析两起故障电缆、起主绝缘和绝缘屏蔽层无明显制造质量问题，而线芯屏蔽层厚薄不均匀，最薄处厚度约0.67mm，最后处厚度约1.22mm，碳黑分散比较均匀，体积电阻率约为106Ω·cm。因此，可以判断：故障的原因是线芯屏蔽层比较薄、体积电阻率偏高，不足以屏蔽线芯毛刺或铜屑所引起的畸变电场尖端放电，主绝缘迅速被破坏，最后导致电击穿。
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