为了研究电缆接头在不同尺寸空气楔形间隙下的运行性能，国网厦门供电公司、福建水利电力职业技术学院的研究人员陈胤、黄瑞梅，在2021年第10期《电气技术》上撰文，采用有限元计算方法，设计35kV电缆接头精细化模型，计算电缆接头在发生单相短路故障时的电场和温度分布。
结果表明，电缆接头内的空气间隙电场强度集中，绝缘层存在劣化隐患。随着空气间隙长度的增加，气隙内最大电场强度逐渐增大；随着空气间隙深度的增大，气隙内最大电场强度呈先减小后增大的变化规律；气隙内热量的积聚会进一步造成绝缘层的老化。
电力电缆具有安全性强、对城市环境友好且受自然条件限制小等诸多优点，已成为城市电网中不可或缺的电力设施。随着电力电缆制作工艺的不断革新，其覆盖率和使用率越来越高，城市电网供电可靠性和稳定性也相应逐步增强。
由于电缆终端或中间接头在制作过程中需要剥去原结构层，可能会划伤绝缘层而产生空气间隙，使绝缘层表面电场分布不均，甚至发生放电、异常温升和材料老化等现象，进而影响电缆绝缘层的性能。据统计，电缆附件发生的事故占电缆总事故的70%左右。因此，分析电缆接头的电场和温度分布对研究和控制电缆事故具有重要意义。
国内外学者对电力电缆附件运行状况开展了大量的研究。目前，通过老化试验及仿真计算，已建立了较为成熟的电缆寿命老化模型。电缆接头内部缺陷的放电过程和机理也有较多研究，研究表明，电缆接头主绝缘含有杂质时，杂质附近电场畸变严重。
由于电缆接头内部缺陷导致局部放电时，电-热效应共同作用影响电缆运行性能。为了进一步分析实际运行过程中电缆中间接头的事故原因，需要分析并总结常见内部缺陷形态、电缆接头内部的电场和温度分布规律。
厦门供电公司等单位的科技人员针对35kV电力电缆中间接头开展仿真计算，得到有、无缺陷条件下的电场分布及有缺陷时的温度分布，按照实际电缆结构设计精细化模型。在实际工作和事故案例中，中间接头由于拖拽、制作工艺等因素被划伤而产生楔形缺陷的情况较多，因此科技人员在中间接头绕包应力锥处设计多种宽度、深度的楔形空气间隙缺陷，着重分析有缺陷时的电场和温度分布，探究35kV电力电缆在不同尺寸的楔形划伤缺陷下的运行状态，为电缆中间接头事故原因分析和溯源提供理论指导。
图1 空气间隙缺陷设计模型
图2 空气间隙及其附近区域的温度分布
根据研究，科技人员得到的具体结论如下：
1）电力电缆接头的金属连接管和应力锥部分对电场分布影响较大，在连接管和应力锥的端部电场较为集中。
2）对于不同尺寸的楔形气隙缺陷，随着长度增大，最大电场强度普遍呈增大趋势；随着深度增大，最大电场强度先减小后增加。楔形划伤较浅，最大电场强度分布在切口外侧；划伤较深时，最大电场强度在切口内侧。
3）随着楔形气隙长度和深度的增加，空气间隙内的最高温度也逐渐增大。随着运行时间增加，电热联合作用加速老化，并产生积累性影响，破坏电缆绝缘水平，降低电缆寿命。
科技人员最后还根据一起现场实际缺陷案例，提出风险预控和防治措施。如在2020年发生一起典型电缆中间接头破损导致线路跳闸事件。工作人员详细排查现场设备运行情况，发现电缆接头应力锥处烧毁，对烧毁部位进行解剖，发现电缆主绝缘存在严重划伤痕迹。电缆接头缺陷如图3所示。
图3 电缆接头缺陷
解体后综合分析判断，在施工过程中，由于工艺不良，在剥除电缆半导体层时将电缆头内绝缘层划伤，导致电缆绝缘部分存在内部间隙。在故障处，局部放电对绝缘层产生积累性劣化，同时在夏季高负荷情况下，导致电缆中间接头长期处于局部过热状态，电缆绝缘受损加剧从而导致故障发生。
通过缺陷事故分析，制定防控对策：①提升电力电缆设备施工安装工艺水平，加强施工监督管理，保证关键过程有据可查；②对在运电缆中间接头和终端进行排查，通过红外测温筛查电缆接头、终端温度异常；③加强综合治理，提升电缆外护套交叉互联防水性能。
本文编自2021年第10期《电气技术》，论文标题为“基于电-热场耦合的35kV电缆中间接头气隙缺陷仿真分析”，作者为陈胤、黄瑞梅。
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