110KV电缆故障事故原因分析 - 图文

110KV电缆故障事故原因分析

摘要 通过对我厂112线110kV电缆交叉互联中间接头运行时故障的分析，从电缆运行

时状态、故障解剖等各个方面进行中间接头故障原因分析；并采取相应处理措施，避免同类型故障再次发生。

关键词 高压电缆 中间接头 故障分析 措施 一、故障概述：

2011年2月09日8时19分，我厂110KV 112开关跳闸。

调取故障录波信息：故障前A、B、C相电压有效值60V（二次值，变比110KV/0.1KV），零序电压有效值0.1V，故障前A、B、C相电流有效值（二次值，变比800/1A）0.6A，零序电流有效值0A。故障后A、C相电压有效值56V，B相电压有效值4.3V，零序电压有效值74.5V，A、C相电流有效值0.6A，B相电流有效值22.1A，零序电流有效值22.1A，112线保护跳闸。如下表所示。

二、设备情况简介：

112线于2006年3月份投入运行，线路电压等级为110KV，用YJLW03-64/110KV-1×300mm2交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆供给电石装置厂负荷，电缆附件采用

型

ZWCB-110电缆户外终端、ZGCB-110电缆GIS终端和110KV电缆整体预制绝缘中间接头。自2006年投运至现在此线路已运行5年。

112线110KV电缆沟沿我厂升压站GIS室西起112间隔出线，左转向南穿越华谊大道后再左转，沿电石厂门前路向东至电石厂变电所西起第一进线间隔（111）为止，电缆敷设沟长909m，全线电缆总长970m（包括换位段电缆盘长）。电缆沿我厂升压站GIS室至电石厂298m（接头井1）和590m（接头井2）处各设一处中间接头井，外护套接地方式采用两端接地（带电缆护层保护器的接地箱接于我厂升压站连接端，不带保护器的接地箱接于电石厂变电所），在中间接头井处交叉互联，外护套接线用绝缘接头从电缆外屏蔽层引出接线于交叉互联箱，交叉互联箱经保护器（保护器为压敏电阻，击穿电压约7000V左右）接地。

三、事故抢修过程及剖析

事故当日，从保护信息及故障录波信息初步判断，电缆B相故障，A相GIS室电缆终端头金属外护层对电缆支架感应电压放电（如图4）。当日下午，检修人员对电缆进行检测，B相电缆主绝缘为0，A、C相主绝缘正常。判断系电缆B相接地故障，查找电

缆交叉互联箱中间接头井，在接头井1处发现电缆B、C相中间绝缘接头盒完全浸在污水中，抽水后对绝缘接头进行检查，无异常。电石装置厂门口接头井2电缆竖井在查找过程中无法判断具体位置，第二日用挖掘机进行挖掘，检查距我厂升压站约600米电缆中间接头井2内交叉互联箱处电缆中间绝缘接头盒B相电缆接头处严重烧损（如图1），A相电缆中间绝缘接头盒处裂开（如图2），C相电缆中间绝缘接头盒有轻微损伤（如图3）。

（图1）B相中间绝缘接头 （图2）A相中间绝缘接头

（图3）C相中间绝缘接头 （图4）A相GIS终端接头

1、从图中可以看出，长期积水线与电缆齐平，A、B、C三相电缆中间绝缘接头盒长期浸泡在污水中。

2、B相中间绝缘接头盒的外壳裂开一个大洞，有强大的外力损伤现象，预制绝缘接头右侧壳体有一条击穿长500mm，宽200mm的裂口，如图5所示。

（图5） （图6）

剥除预制绝缘接头外壳如图6所示，可见在右侧铝护层和聚乙烯绝缘层结合处有一个击穿孔，长约40mm，如箭头所指；并且预制绝缘接头内绝缘填充层在击穿时已大面积烧损。

3、A相中间绝缘接头盒左右两边末端处各有一个裂口，裂口宽度约30mm，如图7所示。

（图7）

剥开裂口处，发现内绝缘填充物已碳化，呈黑色状，且有强大的机械外力作用迹象。如图8所示。

（图8） 四、原因分析：

1、由于电缆沟内长期积水严重，B相电缆中间绝缘接头盒长期浸入水中，电缆头制作时外护套与接地线接驳和密封工艺不好，水份不断浸入绝缘层，在电场的作用下形成水树枝化放电，其现象为铝护套层和聚乙烯绝缘层中有水分子，在电场的作用下，产生放电现象，其放电为不规则状态，故称为水树枝，且此放电为由外向里，在聚乙烯绝缘层有不断放电产生的碳粒加速聚乙烯绝缘老化和击穿电压的下降，绝缘破坏到一定程度导致运行时被击穿。

2、由于电缆沟内长期积水严重，A相电缆中间绝缘接头盒长期浸入水中，电缆头制作时外护套与接地线接驳和密封工艺不好，水份不断浸入绝缘层。一种是绝缘间隙中有大量的水分子，水分子的温度变化会形成热膨胀力，据专业研究机构分析，绝缘间隙中的水每升高10℃，压力就会升高47.3kg/cm2。另一种是电场强度向应力，即充水间隙在电场的作用下受到沿电场方向的应力，这个力沿电力线的方向，且从间隙向外，每平方厘米产生的机械应力可达几十公斤，使间隙扩大发展。如图2所示现象。

3、由于电缆沟内长期积水严重，C相电缆中间绝缘接头盒长期浸入水中，电缆头制作时外护套与接地线接驳和密封工艺不好，水份不断浸入绝缘层。在故障处理过程中，

用电锯锯开中间头，电缆阻水包带处有大量的水分溢出，两端电缆各锯开4米，仍有水分溢出。

4、A相GIS室电缆终端头金属护套对电缆支架严重放电。

单芯电缆的导体和金属护套之间，可以看做是一个空心变压器。当单芯电缆流过交变电流时，交变电流的周围势必产生交变磁场，形成与电缆回路相交链的磁通，也必然与电缆的金属护套相交链，在金属电缆上产生感应电动势。感应电压的大小与流过导体的电流和电缆的长度成正比。当电缆载流量较大(如短路接地故障时)、线路较长时，其金属护套上的感应电压，可能危及生命，可能导致外护套击穿，可能引起金属护套的电解腐蚀，同时因短路引起的火花放电引起金属护套的损坏。为了降低金属护套的感应过电压，在实际应用中采用金属护套的互联接地方式。

我厂采用的是金属护套一端直接接地,另一端经保护器接地，在中间接头井处交叉互联，交叉互联箱再经保护器接地方式。正常运行时，保护器呈现高电阻。当护层电压过高时，保护器呈现小电阻，使电压能量较容易经保护器流人大地。在护层电压恢复正常时，保护器又呈现高电阻，恢复正常运行。交叉互联的最基本方式是将护层分成三个小段，将各小段交叉互联起来，使外护套上的感应电压相互抵消（电缆交叉互联原理及完成交叉互联箱示意图见附件1）。若三个小段完全相同，便可以达到平衡，感应电压将完全抵消。我厂三个小段分别为318米、309米和343米。

当电缆发生暂态过程或者故障时，外护套上感应电压的平衡关系严重破坏，此时护层会出现较高的过电压使外护套击穿，导致多点接地，形成环流。如图4所示，发生A相GIS室电缆终端头金属护套对电缆支架放电现象。从理论上分析此时接地保护箱内保护器应使电压能量释放流入大地，我厂保护器的击穿电压约7000V左右，A相GIS室电缆终端头金属护套对电缆支架距离仅2公分，本来电缆终端头金属护套用绝缘垫层与电缆支架隔开，但仅图示4中放电处外护套连接螺丝未完全与电缆支架隔离，造成电缆终端头金属护套对电缆支架严重放电。

五、故障应急处理

1、对损坏的A、B、C相中间电缆绝缘接头采用长沙电缆附件有限公司生产的

YJJJI-64/110KV交联聚乙烯绝缘电力电缆整体预制橡胶绝缘件绝缘接头，并有专业人员重新制作，对损坏的A相GIS室电缆终端头采用长沙电缆附件有限公司生产的YJZGG-64/110KV交联聚乙烯绝缘电力电缆气体绝缘密封GIS终端头，并有专业人员重新制作，处理过程如图10所示。 处理后对电缆三相分别进行耐压，耐压等级109KV，

合格。对电缆附件到货后，相关技术人员进行了验收，尤其是绝缘填充材料等，根据产品合格证，说明书进行了验收。在电缆头制作过程中，安排技术人员进行现场监督及学习。

（图10a）制作中 （图10b）制作后 2、对两处中间接头井内绝缘接头处用绝缘支架支起，防止浸入水中。

六、预防措施

1、定期对电缆进行温度测试，测试部位为，电缆外表皮、电缆终端头金属护层，电缆终端头导线连接处、电缆接地箱、保护箱及中间互联箱。《电力电缆运行规程》中规定电缆同地下热力管交叉或接近敷设时，电缆周围的土壤温度，在任何时候不应超过本地段其它地方同样深度的土壤温度10℃以上。检查电缆的温度，应选择电缆排列最密处或散热情况最差处或有外界热源影响处。测量电缆的温度，应在夏季或电缆最大负荷时进行。

2、在电缆接头井1和接头井2附近分别砌筑电缆竖井，便于检修维护。在接头井1处南侧增加积水井。

3、定期对电缆内沟内积水进行检查并排水，尤其是电缆中间接头盒处。 4、加强电缆维护工作，按照《电力设备预防性实施规程（2006）》规定，电缆外护套、内衬层绝缘电阻定期试验3年，用500V兆欧表测试，每公里绝缘电阻值不低于0.5MΩ；每年一次用钳形电流表测试外护层接地电流，不大于电缆负荷电流的10%。附

交叉互联箱的定期试验项目；

交叉互联系统的试验项目、周期和标准

序号 项目 电缆外护套、绝缘接头外护套及1 其绝缘夹板对地直流耐压 3) 互联系统故障时 1) 护层过电压保护器的直流参考电压1) 投运前 应符合产品标准的规定 护层过电压保护2 器 3) 互联系统故阻用1000 V 兆欧表测量绝缘电阻不应障时 低于 10MΩ 1) 闸刀(或连接片)的接触电阻：在正常1) 投运前 工作位置进行测量，接触电阻不应大于 在密封互联箱之前进行；发现连2) 定期试验3年 3 互联箱 3) 互联系统故2) 检查闸刀(或连接片)连接位置： 应障时 正确无误 注：互联系统大段内发生障碍，则应对该大段进行试验，若互联系统内直接接地的接头发生故障，则与该点相邻的两大段均应进行试验 片)的接触电阻 20μΩ 错改正后必须重测闸刀(或连接2) 定期试验3年 2) 护层保护器及其引线对地的绝缘电 间加 5 kV，加压 1 min 不应击穿 侧的所有电缆金属套都接地 周期 1) 投运前 试验时必须将护层的过电压保2) 定期试验3年 在每段电缆金属屏蔽或金属护套与地之护器断开，在互联箱中应将另一标准 说明 5、对112线、1#、2#主变、起备变110KV电缆进行检查，同时加强日常维护工作。

针对我厂5条送出线路及2条上网线路的安全运行，制定相应的事故应急措施。

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