Page 117 - 电力与能源2023年第四期

童国平，等：220 kV GIS 电缆终端多次故障原因分析及反措 423

程度，多个小气泡会相互连接而形成大气泡。由 表 3 主绝缘场强计算结果
-1
于气体与硅油之间的电导率差异较大，在强电场 条件 电压/kV 最高场强/（kV·mm ）
运行电压 127 5.485
的作用下，绝缘油中则可能产生气隙放电现象，导
运行电压（表面碳化） 127 38.871
［8］
致绝缘系统的破坏 。 单相接地（表面碳化） 220 67.336
2.5 电缆终端制作过程缺陷
在运行电压下就可能导致主绝缘发生击穿。XLPE
电缆终端安装过程中，通常使用刀具剖切，这
类电缆的击穿场强在 35～55 kV·mm 。因此，绝缘
−1
会在电缆绝缘表面留下气隙缺陷，由于气隙内部
碳化会导致绝缘场强畸变最终绝缘贯穿。
并不完全是空气区域，其内壁残留着大量绝缘介
2.8 寒潮对电缆终端的影响
质的末端毛刺，这些毛刺填充在气隙内使空气区
本次故障前环境温度在 24 h 内骤降，晚上电缆
域缩小。由于电缆绝缘材料的相对介电常数 ε r 相 又是小负荷运行，电缆终端受其影响，硅油黏度陡
比空气大得多，击穿电场强度要更高，因此局部放 ［12］
增 ，油中气隙增大增多，局部放电也愈加严重，场
电只能发生在毛刺周围狭小的空气区域。投运 强畸变更加严重，而绝缘介质在低温下稳定性差，介
初，局部放电电量很小，但频次较密，一般不宜检 电强度明显降低，绝缘性能下降的电缆主绝缘在电
测到，随着运行电应力的作用，毛刺周围的微小气 场的畸变作用下激发对地贯穿放电，强大的对地短
隙重复发生着局部放电并不断烧蚀周围的毛刺， 路电流使电缆头爆裂，终端脱落，硅油燃烧，电缆终
毛刺区域逐渐碳化形成一个更大空隙。随着空气 端环氧筒和椎体崩裂并对 GIS 外壳形成撞击。
［9］
隙的变化，会出现明显的局部放电特征 。虽然 经了解，2021 年初，北京市昌平区发生过一
整个局部放电发展过程缓慢，但是随着局部放电 起电缆终端故障，电缆终端内硅油全部喷出，周边
的不断发展，导致气隙缺陷变化，进一步加剧了局 电气设备受损严重。应力锥核心件位置的电缆击
部放电的发展，如此恶性循环导致绝缘烧蚀度和 穿受损严重，当时初步分析认为应力锥半导电材
局放量逐渐增加，最终发展到一定程度后在电场 料发生劣化，在运行时电场强度分布不均最终导
作用下绝缘崩溃击穿 ［10］ 。 致电缆绝缘击穿。同时，不排除应力锥的绝缘材

2.6 局部放电对硅油的影响 质和半导体材质在生产过程中存在工艺控制缺
局部放电会使硅油分解和劣化，分解出一些 陷 。 当 时 最 大 温 差 达 到 20 ℃ 左 右 ，最 低 温 度
气体（如氢、氮、氧和烃类气体等），并产生一些固 ［1，13-14］
−20 ℃ 。
态的聚合物。另外应力锥材料在正常老化过程中
3 结语
产生的气体也会进入到硅油中，这些新分解出的
气体又加入到电离过程中去，使电离进一步加剧。 G&W 型号 220 kV GIS 电缆终端在安装时留
气隙电离会产生 O 3、NO、NO 2 等气体，O 3 是强氧 有缺陷，如硅油受潮、留有气泡、电缆绝缘表面留

化剂，很多有机绝缘物会受到其氧化侵蚀，当遇到 有刀痕等，这些缺陷使电缆终端在运行中产生局
潮气时还可能生成硝酸或亚硝酸。气泡的电离通 部放电。随着电应力的不断积累，油中气隙增大
过上述多种效应的综合，将附近的绝缘物破坏、分 增多，局部放电也愈加严重，而户外温度骤降使该
解，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，最终导 电缆在低温下的绝缘性能稳定性变差，介电强度
致绝缘系统被贯通击穿 ［11］ 。 明显降低，绝缘性能下降，电缆终端在多重缺陷情

2.7 计算验证 况下主绝缘局部电场发生严重畸变激发贯穿性放
对 220 kV 电缆绝缘表面发生电离碳化的情 电，最终导致电缆终端爆裂。
况进行有限元电场场强模拟计算分析，计算结果
4 建议与反措
见表 3。
从表 3可以看出，如绝缘表面出现导电性碳化， （1）对运行电缆终端加强运行中监测，定期采