66kV电缆中间头击穿故障诊断及电场仿真分析.pdf

2016年10月
吉林电力
第44卷第5期(总第246期)
Jilin Electric Power
Vol 44 No5(Ser. No 246)
66kV电缆中间头击穿故障诊断
经验
没交流
及电场仿真分析
Diagnosis and Electric Field Simulation Anal ysis
66 kv Cable Joint Breakdown Fault
杨代勇,刘俊博,张益云,赵春明,于群英
(国网吉林省电力有限公司电カ科学研究院,长春130021)
摘要:介绍了一起66kV电缆中间头击穿故障,立用 ANSYS软件建立了电缆中间头生产工艺不良的电场分析模
型,并进行了静电场仿真分析,通过设备解体和电场仿真结果确定了故障原因,即电统中间头端部应力锥半导体材
料工艺处理不良,存在毛刺,造成局部电场应力集中,由局部放电发展成贯穿性放电,最终造成电缆中间接头绝缘
击穿,系统100%接地,得出今后应严格控制电缆中间头制造工艺的结论。
关键词:电缆中间头;电场;应力锥;放电;仿真
Abstract: The paper introduced a breakdown fault of 66 kv cable joint, using ANSYS software to establish an
electric field analysis model for the production process of cable joint, and carried on the static electricity field
simulation analysis, and determined the cause of the failure though device disassembly and electric field simulation
results. The cable joint are poor process of stress-cone semiconductor materials, existed burr, caused local electric
field stress concentration. The partial discharge developed into the through discharge, caused insulation
breakdown of cable joint and system grounding 100%. It is concluded that, the manufacturing technology of cable
joint should be strictly controlled in the future
Key words: cable joint; electric field; stress-cone; discharge; simulation
中图分类号:TM247;TM835.4
文献标志码:B
文章编号:1009-5306(2016)05-0045-03
电力电缆受制造工艺等因素影响,单根电缆的
某66kV线路发生接地故障,系统100%接地
制造长度受限,长距离电缆线路在敷设过程中需使经过排查,该线路电缆段6号井A相电缆中间头击
用中间头对电缆进行对接延长。由于电缆使用量的穿,外侧査看击穿位置中心点位于电缆中间头中心
剧增,电缆中间头使用量随之变大,电缆中间头一旦负荷侧约90mm处。故障电缆型号为YJI.W3-48/
发生故障,一般都会引起系统接地故障且不可自恢6kV-1×800,三相电缆在电缆沟桥架上垂直放置,
复,电缆中间头对电缆线路的运行稳定性有着重大A相电缆放置在下层
影响。电缆中间头内部有均匀电场应力的应力锥,其
多数故障是由应力锥生产工艺或安装工艺不良造成2故障原因分析
的。利用有限元法的电场仿真研究可以了解电缆中
间头的内部电场分布,为放障诊断提供理论依据。本
故障发生后,进行了故障现场检査和屯缆中间
文针对一起66kV电缆中间头击穿故障,结合解体头解体检查,初步判断为电缆中间头生产工艺不良
检查,利用电场仿真进行了故障诊断分析。
导致应力锥处电场应力集中,产生局部放电,由局部
放电缺陷逐步发展成贯穿性接地故障
电缆中间头击穿故障概况
电缆中间头的应力锥部位结构见图1
2.1中间头解体检查
收稿日期:201606-29
作者简介:杨代勇(1985),男,工程师,从事高压试验技术研究工作
2016年10月
吉林电力
Oct.2016
第44卷第5期(总第246期)
Jilin Electric Power
Vol 44 No5(Ser. No 246)
硅橡胶
硅橡胶(半导体)
第Ⅰ阶段:电缆左侧应力锥半导体材料与电缆
主绝缘接触部位端部由于电场分布不均产生局部放
电,放电向高电位电场应力集中区域发展,生成树枝
状放电,放电树缓慢发展,伸入到压接管端部应力管
半导体材料与电缆主绝缘的接触区域。
第阶段:电缆正常运行时,压接管端部应力锥
绝缘(交联聚乙烯)中心导体(铜)
半导体材料与电缆主绝缘的接触区域电场应力较为
图1电缆中间头应力锥部位结构图
集中,加上延伸至此处的树枝状放电的强化作用,局
对电缆中间头进行了解体检查,击穿中心位置部放电不断加强,在包裹电缆压接管周围的绝缘材
位于负荷侧距压接管边缘约30mm,放电中心位置料、填充材料中形成树枝状放电。放电树枝继续向高
周边电缆中间头充填胶、防水沥青、应力管绝缘材料
电位电缆压接管端部发展,当与高电位导体接触后
及半导体材料,电缆主绝缘被碳化,呈颗粒状粉沫,形成贯穿性击穿放电,放电电弧将压接管一侧原已
最外层板结,电缆线芯发生了放电烧蚀
发生损伤的电缆压接管包裹绝缘击穿,直接对地放
应力锥与电缆安装配合情况见图2,可知应力电,击穿点位于压接管左侧半导体材料边缘,距压接
锥装配正常,不存在应力锥半导体材料与电缆半导管边缘30mm处。
体层搭接错位的情况,预留了(30±5)m的安全2-3放电起始原因分析
排除掉电缆半导体层与应力锥半导体安装错位
情况,放电起始点电场分布不均产生的原因可能为
电缆头制作、安装过程中局部带入杂质或残留微小
气泡,也可能电缆中间头端部应力锥半导体材料
端部加工工艺不良,存在毛刺。在应力锥半导体材料
端部位置恰好存在气泡或杂质的概率较小,因此怀
安全区
疑应力锥制作工艺不良可能性较大。
3电场仿真分析
图2剖切检查应力锥与电缆安装配合情况
使用电场仿真软件 ANSYS,对电缆中间头端
对电缆中间头进行剖切检査,发现电缆负荷侧部应力锥半导体材料处理工艺不良情况进行了电场
应力锥半导体材料端部有一放电点,所形成的树枝仿真
状放电贯穿至电缆主绝缘击穿区域。电缆击穿点周3.1电场仿真模型和参数
边主绝缘被烧蚀,未击穿的正常侧电缆剥离的主绝
依照应力锥实际结构,针对这个部位建立电场
缘上附着碳黑。
仿真模型(见图4)。
2.2故障过程初步分析
通过解体检查,确认击穿故障形成分为两个主
要阶段,且放电起始点位于电缆中间头左侧应力锥
半导体材料端部,放电击穿过程示意图见图3。
图4电场仿真