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1、广东电网电力电缆运行情况分析及典型缺陷介绍,广东电网公司电力科学研究院王红斌,电力电缆与架空导线,电力电缆与架空导线都是用于传输与分配电能的线路，在电能的发、输、配各个环节都有应用，电力电缆与架空导线相比特点如下：,电力电缆应用范围,城市地下电网，为减少占地或环境美观。发电厂、工厂、工矿企业等厂房设备拥挤，引出线多的地方。严重污染地区，用以提高供电可靠性。跨越江河、海峡的输电线路，解决大跨度问题。国防需要，为避免暴露目标。总之，电力电缆已成为近代电力系统不可缺少的组成部分。例如，瑞士苏黎世整个城市供电的14个170kV变电站，全部为电缆出线，没有一条架空线路，组成了全电缆环网。,电力电缆的分类
2、,电力电缆可按绝缘材料、结构特征、敷设环境、电压等级等进行分类，按绝缘材料分类如下：,油浸纸绝缘,粘性浸渍纸绝缘型，如统包和分相屏蔽型不滴流浸渍纸绝缘型，如统包和分相屏蔽型油压浸渍纸绝缘型，如自容式充油型和钢管充油型气压浸渍纸绝缘型，如自容式充气型和钢管充气型,聚氯乙稀绝缘型聚乙烯绝缘型交联聚乙烯绝缘型,塑料绝缘,橡胶绝缘,天然橡胶绝缘型乙丙橡胶绝缘型,橡塑绝缘电力电缆的结构单芯电缆,单芯电缆典型结构由内向外依次为：电缆线芯、线芯屏蔽、绝缘层、绝缘屏蔽、内衬层(缓冲阻水层）、金属护层、外护层等。11600mm2220kV电缆12500mm2220kV电缆,橡塑绝缘电力电缆附件包括：户外终端、G
3、IS终端、中间接头，现在一般应用的为预制式结构。,橡塑绝缘电力电缆附件户外终端、GIS终端、中间接头,广东电网110kV及以上电缆规模,2010年广东电网110kV及以上架空和电缆线路分类统计,广东电网110kV及以上附件规模,2010年广东电网110kV及以上电缆附件规模统计,广东电网近5年来电缆运行情况,2006年电缆线路紧急、重大缺陷64项，一般缺陷191项，共255项。紧急重大缺陷中：互联箱及接地箱缺陷45项，电缆走廊及附属设施缺陷6项，终端头及中间头缺陷3项，严重发热缺陷3项，电缆护层缺陷2项，本体绝缘缺陷1项，其它缺陷4项；按电压分类：10kV电缆缺陷3项，110kV电缆缺陷58项
4、，220kV电缆缺陷3项。2006年电缆线路共发生运行故障5次，其中10kV电缆故障1次，110kV电缆故障4次。110kV电缆故障中，电缆主绝缘击穿1次，施工外力破坏3次。电缆绝缘击穿故障原因是电缆制造质量不良造成的：一是故障电缆采用铅套PVC护层不适用于白蚁活动频繁及地下水丰富的南方地区、电缆护层被白蚁咬穿进水，二是可能和电缆绝缘杂质含量高及其它绝缘缺陷有关。,2006年,广东电网近5年来电缆运行情况,2006年,广东电网近5年来电缆运行情况,此次电缆事故的发生也反应了早期XLPE高压电缆选型设计方面的不足，除隧道敷设防火要求外，PVC外护层已被证明不适合南方地区白蚁活动频繁及地下水分较多
5、的情况，现在大量应用的高密度防白蚁PE护层性能远优于PVC护层。同时，铅护套硬度较铝护套低很多，若外护层受破坏较易被白蚁咬穿，从而起不到防水的作用。所以采用PVC护层配合铅护套的方法，证明非常不适合在南方地区使用。,2006年,广东电网近5年来电缆运行情况,110kV及以上电缆紧急、重大缺陷共25次，其中110kV、220kV线路紧急缺陷分别为5次、2次，重大缺陷分别为16次、2次。按缺陷分类，电缆走廊及附属设施缺陷10项，电缆护层缺陷7项，互联箱及接地箱缺陷4项，终端头及中间头缺陷1项，其它缺陷3项。110kV及以上电缆共发生运行事故5次，均为110kV电缆，5次事故原因均为施工破坏电缆主绝
6、缘导致线路跳闸。应完善电缆防外力破坏工作，与市政工程和通信工程建设项目建立协调、沟通机制，提前预防、及时介入，避免工程施工破坏电缆线路及其走廊，防止造成重大事故和电网停电损失。,2007年,广东电网近5年来电缆运行情况,110kV及以上电缆紧急、重大缺陷共35次，其中110kV、220kV线路紧急缺陷分别为4次、0次，重大缺陷分别为29次、2次。按缺陷分类，电缆附件缺陷19项，电缆本体缺陷7项，电缆辅助设施缺陷6项，电缆通道缺陷3项。110kV及以上电缆共发生运行事故2次、障碍3次，其中220kV电缆1次，110kV电缆4次。5次电缆故障中，施工破坏3次，电缆本体绝缘故障2次。2次电缆本体绝缘
7、故障均为同一塔上A、B两相电缆终端绝缘击穿故障，故障原因为电缆终端施工质量差、密封不良进水，导致长期局部放电和绝缘性能下降。,2008年,广东电网近5年来电缆运行情况,110kV及以上电缆紧急、重大缺陷共17次，其中紧急缺陷6次，重大缺陷11次。按缺陷分类，电缆附件10次，电缆本体4次，电缆通道2次，电缆辅助设施1次。110kV及以上电缆共发生事故2次、障碍1次，3次故障中2例由于外力破坏造成，1例是220kV电缆中间接头环氧套管绝缘缺陷导致电气击穿故障。110kV及以上电缆紧急、重大缺陷共17次，其中电缆附件和本体缺陷居多。典型缺陷如：多回电缆GIS终端头底座法兰或环氧树脂套筒爆裂，多回电缆
8、终端护套过电压保护器爆炸，电缆本体受施工破坏严重受损等。上述运行情况表明，电缆及附件在产品质量、设计施工、运行维护特别是防外力破坏方面仍存在不少问题，需要持续改进。,2009年,广东电网近5年来电缆运行情况,110kV及以上电缆共发生事故2次、障碍3次。2次事故分别是：1例电缆本体绝缘击穿，1例因施工损伤电缆。3次故障分别是：1例电缆质量问题造成电缆主绝缘击穿，1例电缆头击穿，1例因挖土机挖损电缆，导致开关跳闸。110kV及以上电缆紧急、重大缺陷共28次，其中电缆附件、电缆通道和本体缺陷居多。典型缺陷如：电缆金属铝护套烧熔致使主绝缘受损；电缆金属护套受外力破环，外半导电屏蔽层擦伤；电缆护套检测
9、发现蚁害等。,2010年,广东电网近5年来电缆运行情况,2010年各单位大力开展电缆预防性试验和运行检测工作，发现电缆外护套绝缘电阻不合格率较高，总体达24.33%。,2010年110kV及以上电缆检测情况统计,广东电网近5年来电缆运行情况,2010年110kV及以上电缆检测情况统计,典型缺陷分析-之一,某110kV电缆安装运行仅一个多月时间，电缆B相终端爆炸，现场着火，B相电缆终端瓷套管完全破损剥落，A、C相电缆终端瓷套管被爆裂碎片碰撞损坏，相邻线路电缆终端瓷套管及其它设备也有多相破损。某B相电缆终端爆炸，B相电缆终端瓷套管完全破碎，应力锥罩也因爆炸完全破碎，电缆出线棒顶端向应力锥方向144
10、0mm处电缆本体烧穿，击穿点有约30mm直径的孔洞，电缆芯线有烧蚀痕迹，应力锥末端向应力锥方向117mm击穿点处有40mm左右的缺口，应力锥爆裂，A、C相电缆终端瓷套管被爆裂碎片碰撞损坏。,典型缺陷分析-之一,应力锥绝缘表面覆盖的析出物推测为橡胶配方中加入了过量的润滑剂或软化剂所致。“喷霜”现象反映材料配方上的一些问题，“喷霜”本身不会导致应力锥击穿。国外同类产品也时有发生“喷霜”,“喷霜”现象,典型缺陷分析-之一,绝缘径向击穿点,严重爬电痕迹，爬电强弱的变化与界面情况有关,典型缺陷分析-之一,典型缺陷分析-之一,典型缺陷分析-之一,非故障相应力锥,典型缺陷分析-之一,故障终端在安装过程中，应
11、力锥内表面残留了铜、铝粒屑，是十分危险的。,典型缺陷分析-之二,某主变-GISA相电缆终端头处放电烧焦，电缆接地铜套有明显的击穿孔洞，电缆外护套烧焦，B、C两相电缆外护套也被A相击穿时的气流喷黑。,典型缺陷分析-之二,典型缺陷分析-之二,处于高压端的铜止环烧熔表明从止环到接地极间有过短路电流或电弧；XLPE绝缘部分因高温熔化是由于短路造成的；应力锥基本撕裂和烧毁是因为在短路电流或电弧的作用下，由于应力锥本身相较差的抗撕性能，从而粉碎性解体；XLPE绝缘上的伤痕是否伤及到电缆导体需进一步确认，但不论是否伤及到导体，从伤痕的形状、位置及伤痕周围XLPE的颜色等综合判断，该伤痕不像是击穿点，需进一步
12、对该伤痕进行解剖后确认。在应力锥与绝缘界面之间的电缆表面和应力锥与环氧套管界面之间的环氧套管表面上，从止环到接地极之间有明显的放电痕迹，表明不同介质界面之间的配合存在缺陷，这可能是导致电缆系统击穿的原因。,外护套直流耐压试验,检测部位：非金属护套与接头外护层（对外护层厚度2mm以上，表面涂有导电层者，基本上即对110kV及以上电压等级电缆进行）。对于交叉互联系统，直流耐压试验在交叉互联系统的每一段上进行，试验时将电缆金属护层的交叉互联连接断开，被试段金属护层接直流试验电压，互联箱中另一侧的非被试段电缆金属护层接地，绝缘接头外护套、互联箱段间绝缘夹板、引线同轴电缆连同电缆外护层一起试验。,交叉互
13、联接地方式A相第一段外护层直流耐压试验原理接线图,外护套直流耐压试验典型缺陷,外护套直流耐压试验典型缺陷,缺陷分析：序号缺陷属典型施工问题，故障点定位后，施工方即说明该处电缆曾经被铁锹扎伤过，经处理后试验即通过，这一缺陷暴露了施工管理存在的问题。序号同类绝缘接头安装错误在两回电缆中发现了4处，反映出附件安装人员水平较低，外护套试验检测出缺陷避免了类似序号运行故障的发生。序号缺陷原因也在于施工管理不严格，序号缺陷原因在于附件安装质量差。序号为某单位一起110kV电缆故障实例，同时暴露出附件安装与交接试验两方面都存在问题。,外护套直流耐压试验典型缺陷,缺陷分析：首先，厂家工艺要求不合理，电缆预制件
14、的铜编织带外层只要求一层半搭绝缘带，而且预制件在铜壳内严重偏心，导致绝缘裕度不够。其次，在电缆外护层直流10kV/1min耐压试验时，试验电压把仅有的一层绝缘带击穿，但试验时互联箱中另一侧非被试段金属护层未接地，导致缺陷未及时被发现。带电运行后，绝缘接头内部导通，造成电缆护套交叉互联系统失效，护套产生约几十安培感应电流。感应电流流过接头的铜编织与铜壳接触处，产生的热量将中间接头预制件烧融，烧融区域破坏了橡胶预制件的应力锥的绝缘性能，场强严重畸变，接头被瞬间击穿，导体对铜壳放电，导致线路跳闸。,外护套直流耐压试验典型缺陷,中间接头故障后图片,同类型中间接头解体图片,序号：一起110kV电缆故障实
15、例照片,变频谐振方法的有效性分析,中间接头击穿后解剖图片,主绝缘交流耐压试验典型缺陷,主绝缘交流耐压试验典型缺陷,缺陷分析：序号中电缆安装完后，曾经进行直流耐压试验通过，但运行后即发生中间接头击穿故障，修理后进行交流耐压试验再次出现接头击穿情况，经修复重做接头后第二次交流耐压试验通过，投入运行后正常，该实例也反映出直流耐压试验有效性较差。序号缺陷原因在于附件安装质量差。序号中电缆在升压过程中，未达到试验电压就发生击穿，经检查发现电缆本体被外力破坏，截断电缆，新加做一个中间接头后试验通过，反映出电缆运行管理不规范。序号、中缺陷事例为同一电缆工程施工中不同相别电缆在相邻工井出现的问题，检查发现击穿
16、接头所在工井靠近公路，附件安装环境恶劣，加之附件安装工艺差，导致一回电缆出现多次中间接头击穿事例。,主绝缘交流耐压试验典型缺陷,缺陷分析：序号为运行电缆事故后新做的中间接头试验时击穿，怀疑附件材料可能存在缺陷，重做接头后试验通过，投入运行后正常。从试验检测到的缺陷情况看，交接试验采用工频交流电压或接近工频交流电压试验作为挤包绝缘电缆线路的竣工试验是合适的。除一例原因是由于电缆本体受外力破坏发生击穿外，其它缺陷类型均为电缆终端接头或中间接头击穿，与CIGRE研究结果相符合，电缆竣工试验主要目的是检出电缆与附件预制件间界面的缺陷，更多的反应了现场安装过程施工质量造成的缺陷。另外，对于几个试验缺陷事例的分析也证实现场附件施工质量不高，主要有以下几个方面的问题：施工赶工期或质量控制措施不到位，现场条件比较差，温度、湿度、灰尘都未很好得到控制；电缆接头施工工艺水平不高，有些队伍只经过几天培训就开始施工，有些地方存在盲目施工问题；安装时没有严格按照工艺施工或工艺规定不合理，没有考虑到可能出现的问题。,主绝缘交流耐
