风电场 35KV可触摸分离型电力电缆终端头典型故障分析及处理

风电场 35KV可触摸分离型电力电缆终端头典型故障分析及处理

张甡

华能国际电力股份有限公司湖北风电分公司

湖北省武汉市430000

摘要：本文以华能某山地风电场为例，用实际的发电行业技术工作经验，分析了风电场35KV可触摸分离型电力电缆终端头故障现象及造成故障的原因，介绍了35KV可触摸分离型电力电缆终端头故障现场处理方法，并结合风电场实际运维生产中出现的重复性、典型性故障案例，提出了风电场35KV电力电缆终端头改进安装工艺措施及方法。

关键词：风电场、电力电缆终端头、击穿、处理

引言

某山地风电场2018年8月投运，在2019年3月至2020年3月先后发生9次35KV可触摸分离型电力电缆终端头绝缘击穿、电缆终端头单相接地、集电线路跳闸故障，造成了风机箱变高压套管及高压室合页门损坏，带来了较大的电量损失，严重影响风电场安全、可靠、经济运行，类似情况在其他风电场也有发生。

风电场集电线路电缆作为风力发电机组向外输送电能的唯一通道，对机组稳定运行至关重要。在风力发电清洁能源大力发展的今天，分析高压电缆头绝缘击穿、单相接地原因，采取有效措施处理，避免此类电缆终端头故障发生，对风电场安全、可靠、经济运行有着特殊意义。

一、 终端头设备型号及结构

该风电场采用RCW35C/EH系列35KV可触摸分离型电力电缆连接件（终端头），主要组件有双头螺栓、连接件（套管）、绝缘塞、保护罩、压接端子、带电显示等，产品采用进口橡胶制作，连接件下部的应力锥结构及半导体材料均匀电缆终端的外屏蔽切断处的电场，上部连接件使带电部分全部密封绝缘，外表有半导体电屏蔽层，工作时外表面接地。电缆压接端子伸入主绝缘套管内，被内侧半导体层包围，与双头螺栓连接，表面无绝缘填充物。

二、 故障现象

2.1中控室现象：中控室声光报警，对应集电线路保护测量装置“过流Ⅰ段动作”，线路开关跳闸，故障录波装置启动，线路风机紧急停机，通讯中断。

2.2现场检查现象：故障点风机箱变高压电缆室合页门受到较大冲击力弹开的情况，接地相别电缆终端头、箱变高压套管有灼烧和熏黑痕迹，部分故障线路电缆终端头呈现严重灼烧痕迹。

2.3检查电缆终端头及压接端子现象：RCW35C/EH系列35KV可触摸分离型电力电缆连接件下部主绝缘击穿，击穿点均在连接件（套管）下部内侧半导体层与主绝缘层分界点，电缆压接端子压接处多数有放电烧灼痕迹，电缆压接端子末端不同程度损坏。

三、 故障原因分析

3.1电力系统参数正常：电缆终端头发生绝缘击穿、电缆短路接地前，风电场电力系统电压、电流稳定，线路负荷稳定且负荷较高，此时流过电缆终端头电流（ ）相对升高，但不超过电缆额定电流值，可以认为电缆终端头故障与风电场电力系统电压波动无较大关联，非电缆终端头故障形成的关键因素。

3.2电缆压接端子周围存在不均匀电场：电缆终端头主绝缘击穿，击穿位置相同，均为连接件（套管）下部内侧半导体层与主绝缘套管分界点，电缆终端头套管内电缆压接端子均有不同程度烧灼损伤痕迹。说明故障发生过程中，在电缆压接端子末端（近电缆导体侧）产生了不均匀电场，导致局部高电压（尖端放电）击穿电缆终端头连接件（套管）下部内侧半导体层与主绝缘套管分界点（绝缘耐受能力相对较弱），对地产生大电流，将电缆终端头及电缆压接端子烧灼损伤。

3.3压接端子工艺不足：由于电缆终端头制作过程中，压接工艺的区别，部分压接端子未完全压实，且表面不平滑，电阻较高，长期生热形变拉长，或本身压接端子电缆导体预留过长，使得电缆压接端子导体长度超出设计要求，由连接件（套管）内半导体屏蔽层进入主绝缘层，使得压接端子部分导体周围在套管内不能形成均匀电场，在高电压作用下产生尖端放电，击穿电缆终端头主绝缘。

不均匀电场解释：电场的不均匀程度用电场不均匀系数f表征： 为场域中的最大电场强度值。均匀电场系数f=1，不均匀电场系数f≥1。电场不均匀系数的倒数称为绝对利用系数η，得到η=1/f，则有η≤1。

四、 处理方法

更换故障电缆终端头：按照电缆终端头连接件（套管）内半导体屏蔽层长度，缩短压接端子电缆导体长度，重新制作电缆终端头，防止压接端子电缆导体过长在连接件（套管）内突出半导体屏蔽层，进入连接件下部主绝缘层，防止压接端子导体与半导体屏蔽层产生过大间隙。

五、 工艺改进建议

5.1改进电缆终端头压接工艺：电缆终端头压接时，严格按照电缆型号配备相应型号的压接端子，压接端子压实并做好表面处理，防止压接端子形变拉长，严格按照设计尺寸控制压接端子导体长度，防范超出长度在电缆终端头套管内部形成导体屏蔽层间隙。

5.2改进电缆终端头设计：在电缆终端头连接件（套管）设计时，适当增加连接件（套管）下部内侧半导体屏蔽层长度，为现场电缆终端头制作预留压接端子电缆导体长度裕度，防止在电缆终端头套管内部形成导体屏蔽层间隙。

参考文献

[1]夏新民.电力电缆头制作与故障测寻.北京：化学工业出版社.2008.2

[2]马斌、周文俊、汪涛等.基于紫外线成像技术的极不均匀电场电晕放电[J].高电压技术.2006