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電力電纜具有安全性強(qiáng)、對城市環(huán)境友好且受自然條件限制小等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為城市電網(wǎng)中不可或缺的電力設(shè)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(wǎng)供電可靠性和穩(wěn)定性也相應(yīng)逐步增強(qiáng)。

由于電纜終端或中間接頭在制作過程中需要剝?nèi)ピY(jié)構(gòu)層，可能會劃傷絕緣層而產(chǎn)生空氣間隙，使絕緣層表面電場分布不均，甚至發(fā)生放電、異常溫升和材料老化等現(xiàn)象，進(jìn)而影響電纜絕緣層的性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電纜附件發(fā)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(nèi)外學(xué)者對電力電纜附件運(yùn)行狀況開展了大量的研究。目前，通過老化試驗(yàn)及仿真計(jì)算，已建立了較為成熟的電纜壽命老化模型。電纜接頭內(nèi)部缺陷的放電過程和機(jī)理也有較多研究，研究表明，電纜接頭主絕緣含有雜質(zhì)時，雜質(zhì)附近電場畸變嚴(yán)重。

由于電纜接頭內(nèi)部缺陷導(dǎo)致局部放電時，電-熱效應(yīng)共同作用影響電纜運(yùn)行性能。為了進(jìn)一步分析實(shí)際運(yùn)行過程中電纜中間接頭的事故原因，需要分析并總結(jié)常見內(nèi)部缺陷形態(tài)、電纜接頭內(nèi)部的電場和溫度分布規(guī)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(jì)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(shí)際電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精細(xì)化模型。在實(shí)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(chǎn)生楔形缺陷的情況較多，因此科技人員在中間接頭繞包應(yīng)力錐處設(shè)計(jì)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(yùn)行狀態(tài)，為電纜中間接頭事故原因分析和溯源提供理論指導(dǎo)。

圖1 空氣間隙缺陷設(shè)計(jì)模型

圖2 空氣間隙及其附近區(qū)域的溫度分布

根據(jù)研究，科技人員得到的具體結(jié)論如下：

1）電力電纜接頭的金屬連接管和應(yīng)力錐部分對電場分布影響較大，在連接管和應(yīng)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(qiáng)度普遍呈增大趨勢；隨著深度增大，最大電場強(qiáng)度先減小后增加。楔形劃傷較淺，最大電場強(qiáng)度分布在切口外側(cè)；劃傷較深時，最大電場強(qiáng)度在切口內(nèi)側(cè)。

3）隨著楔形氣隙長度和深度的增加，空氣間隙內(nèi)的最高溫度也逐漸增大。隨著運(yùn)行時間增加，電熱聯(lián)合作用加速老化，并產(chǎn)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(jù)一起現(xiàn)場實(shí)際缺陷案例，提出風(fēng)險預(yù)控和防治措施。如在2020年發(fā)生一起典型電纜中間接頭破損導(dǎo)致線路跳閘事件。工作人員詳細(xì)排查現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)電纜接頭應(yīng)力錐處燒毀，對燒毀部位進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)電纜主絕緣存在嚴(yán)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(dǎo)體層時將電纜頭內(nèi)絕緣層劃傷，導(dǎo)致電纜絕緣部分存在內(nèi)部間隙。在故障處，局部放電對絕緣層產(chǎn)生積累性劣化，同時在夏季高負(fù)荷情況下，導(dǎo)致電纜中間接頭長期處于局部過熱狀態(tài)，電纜絕緣受損加劇從而導(dǎo)致故障發(fā)生。

通過缺陷事故分析，制定防控對策：①提升電力電纜設(shè)備施工安裝工藝水平，加強(qiáng)施工監(jiān)督管理，保證關(guān)鍵過程有據(jù)可查；②對在運(yùn)電纜中間接頭和終端進(jìn)行排查，通過紅外測溫篩查電纜接頭、終端溫度異常；③加強(qiáng)綜合治理，提升電纜外護(hù)套交叉互聯(lián)防水性能。

本文編自2021年第10期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)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。