- 頭條廈門供電公司科技人員在電纜中間接頭缺陷研究方面有新進展2022-03-15 作者：陳胤、黃瑞梅 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語為了研究電纜接頭在不同尺寸空氣楔形間隙下的運行性能，國網廈門供電公司、福建水利電力職業技術學院的研究人員陳胤、黃瑞梅，在2021年第10期《電氣技術》上撰文，采用有限元計算方法，設計35kV電纜接頭精細化模型，計算電纜接頭在發生單相短路故障時的電場和溫度分布。 結果表明，電纜接頭內的空氣間隙電場強度集中，絕緣層存在劣化隱患。隨著空氣間隙長度的增加，氣隙內最大電場強度逐漸增大；隨著空氣間隙深度的增大，氣隙內最大電場強度呈先減小后增大的變化規律；氣隙內熱量的積聚會進一步造成絕緣層的老化。
電力電纜具有安全性強、對城市環境友好且受自然條件限制小等諸多優點，已成為城市電網中不可或缺的電力設施。隨著電力電纜制作工藝的不斷革新，其覆蓋率和使用率越來越高，城市電網供電可靠性和穩定性也相應逐步增強。
由于電纜終端或中間接頭在制作過程中需要剝去原結構層，可能會劃傷絕緣層而產生空氣間隙，使絕緣層表面電場分布不均，甚至發生放電、異常溫升和材料老化等現象，進而影響電纜絕緣層的性能。據統計，電纜附件發生的事故占電纜總事故的70%左右。因此，分析電纜接頭的電場和溫度分布對研究和控制電纜事故具有重要意義。
國內外學者對電力電纜附件運行狀況開展了大量的研究。目前，通過老化試驗及仿真計算，已建立了較為成熟的電纜壽命老化模型。電纜接頭內部缺陷的放電過程和機理也有較多研究，研究表明，電纜接頭主絕緣含有雜質時，雜質附近電場畸變嚴重。
由于電纜接頭內部缺陷導致局部放電時，電-熱效應共同作用影響電纜運行性能。為了進一步分析實際運行過程中電纜中間接頭的事故原因，需要分析并總結常見內部缺陷形態、電纜接頭內部的電場和溫度分布規律。
廈門供電公司等單位的科技人員針對35kV電力電纜中間接頭開展仿真計算，得到有、無缺陷條件下的電場分布及有缺陷時的溫度分布，按照實際電纜結構設計精細化模型。在實際工作和事故案例中，中間接頭由于拖拽、制作工藝等因素被劃傷而產生楔形缺陷的情況較多，因此科技人員在中間接頭繞包應力錐處設計多種寬度、深度的楔形空氣間隙缺陷，著重分析有缺陷時的電場和溫度分布，探究35kV電力電纜在不同尺寸的楔形劃傷缺陷下的運行狀態，為電纜中間接頭事故原因分析和溯源提供理論指導。
圖1 空氣間隙缺陷設計模型
圖2 空氣間隙及其附近區域的溫度分布
根據研究，科技人員得到的具體結論如下：
1）電力電纜接頭的金屬連接管和應力錐部分對電場分布影響較大，在連接管和應力錐的端部電場較為集中。
2）對于不同尺寸的楔形氣隙缺陷，隨著長度增大，最大電場強度普遍呈增大趨勢；隨著深度增大，最大電場強度先減小后增加。楔形劃傷較淺，最大電場強度分布在切口外側；劃傷較深時，最大電場強度在切口內側。
3）隨著楔形氣隙長度和深度的增加，空氣間隙內的最高溫度也逐漸增大。隨著運行時間增加，電熱聯合作用加速老化，并產生積累性影響，破壞電纜絕緣水平，降低電纜壽命。
科技人員最后還根據一起現場實際缺陷案例，提出風險預控和防治措施。如在2020年發生一起典型電纜中間接頭破損導致線路跳閘事件。工作人員詳細排查現場設備運行情況，發現電纜接頭應力錐處燒毀，對燒毀部位進行解剖，發現電纜主絕緣存在嚴重劃傷痕跡。電纜接頭缺陷如圖3所示。
圖3 電纜接頭缺陷
解體后綜合分析判斷，在施工過程中，由于工藝不良，在剝除電纜半導體層時將電纜頭內絕緣層劃傷，導致電纜絕緣部分存在內部間隙。在故障處，局部放電對絕緣層產生積累性劣化，同時在夏季高負荷情況下，導致電纜中間接頭長期處于局部過熱狀態，電纜絕緣受損加劇從而導致故障發生。
通過缺陷事故分析，制定防控對策：①提升電力電纜設備施工安裝工藝水平，加強施工監督管理，保證關鍵過程有據可查；②對在運電纜中間接頭和終端進行排查，通過紅外測溫篩查電纜接頭、終端溫度異常；③加強綜合治理，提升電纜外護套交叉互聯防水性能。
本文編自2021年第10期《電氣技術》，論文標題為“基于電-熱場耦合的35kV電纜中間接頭氣隙缺陷仿真分析”，作者為陳胤、黃瑞梅。
