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電力電纜具有安全性強(qiáng)、對(duì)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?jiǎng)內(nèi)ピY(jié)構(gòu)層，可能會(huì)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(duì)研究和控制電纜事故具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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(shì)；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(shí)，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(shí)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(xiǎn)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(duì)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(shí)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(duì)絕緣層產(chǎn)生積累性劣化，同時(shí)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(duì)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(duì)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。