电缆内置光纤引发接头故障机理分析

于波

.国网合肥供电公司 安徽省合肥 市 23 0000

摘 要：电缆光纤测温技术是监测电缆运行温度的有效手段，目前光纤的布置方式主要分为内置式和外置式两种。电缆内置测温光纤广泛存在于国内存量高压电缆线路中，而内置光纤的接续工艺尚无统一标准，其运行稳定性也待考究。本文从合肥地区一起内置光纤接续工艺不当导致接头击穿实际案例出发，详细分析跳闸事故机理，提出光纤电缆需引出固定、去除金属、缠绕固定、纤芯接续的的接续工艺具体要求，并建议控制光纤电缆在工程中的应用，提高电缆安全运行水平。

关键词：内置光纤；电缆接头；感应电压；击穿故障

0 引言

传统电缆光纤测温技术中测温光纤的布置方式主要沿着电缆外表面平行或蛇形布置，此方式的优势在于光纤接续工艺不影响电缆的结构工艺，并且施工便利。明显的缺点在于测温光纤贴附于电缆外护套，受环境影响较大，且不与内部结构层接触，测温准确性不高^[1]。因此，催生了内置光纤测温技术。目前国内光纤电缆主要应用于海缆领域，陆缆内置光纤一般布置于电缆的阻水层之上，测温准确性较之外置光纤明显提高^[2]。但光纤的接续需在电缆接头内部完成，接续工艺水平影响电缆结构的稳定性。2019年6月合肥地区发生了一起由于光纤接续工艺不当引发接头故障跳闸事故，并因此开展了细致的接头解体和故障分析工作，最后提出了对光纤电缆管控的具体要求。

1 故障处理

1.1 基本概况

2019年6月23日14时40分，安徽合肥板桥变110kV板桥二支174线开关零序I段、距离I段保护动作跳闸，重合不成，A相故障。6月25日9点41分，通过脉冲电流法、声磁同步法确定故障点为中支二线#82中间接头井A相中间接头故障，距中支二线#2塔往北1.2公里左右。取下电缆头，做进一步解剖分析。已知电缆型号为：YJLW03-64/110kV-1×800 mm²，绝缘接头型号为TJJJI2110-1×800mm²，于2014年1月投运。

1.2 X光检测

2019年7月15日，安徽省电科院、公司运检部、电缆运检中心组织开展故障接头X光检测试验。根据对电缆接头工艺关键点的清晰成像分析，线芯的压接、屏蔽罩的安装、绝缘断口处理、预制件应力锥等位置均未发现明显放电痕迹，铜壳两侧搪铅工艺水平较差，如图1所示。经讨论决定对电缆接头开展解剖，解剖时内部的密封和防水问题值得进一步关注。

1.3 接头解剖

2019年7月18日，相关部门开展了中间接头的解剖工作。

解剖人员依次剖开了绕包带材（半导电带、绝缘带、防水带）、热缩管、打开了封铅，拆开铜壳、预制件两侧铜网，暴露出了预制件。经核实，带材包绕正确，屏蔽断口定位尺寸252mm，外护套定位尺寸780（长头）、1000（短头），铜壳安装正确，接地封铅密封性良好。但两侧铝护套断口尺寸均偏差约40mm。两侧击穿点均位于铝护套断口约40mm处。如图2所示。由于施工图纸中铝护套断口离预制件位置太近，所以实际施工中多剥除了约40mm铝护套利于光纤沿着预制件坡面布置。而引出点正好位于击穿点附近，光纤烧蚀严重，两侧熔接点位于预制件上表面约中心处，预制件表面烧蚀痕迹沿着光纤位置分布。如图3-5所示。进一步解剖预制件，露出屏蔽罩，预制件两侧定位尺寸均位于断口向上38mm处，预制件定位水平对称。打开屏蔽罩，露出压接管，压接两模对称，符合图纸要求。

2 故障分析

接头的深层解剖表明接头除了铝护套断口尺

图1 X光检测封铅（左）、屏蔽罩（右）

图2 中间接头施工图纸（上）、实际尺寸复核（下）

（注：红色虚线为铝护套尺寸偏差）

图3 光纤引出

寸偏差，其他关键工艺点尺寸正确，均无放电点。考虑中支一二线是合肥地区唯一两回采用内置光纤的高压电缆，放电点位于内置光纤引出位置且放电痕迹沿着光纤分布，而目前国内内置光纤在材料、结构以及安装规范等方面没有严格统一的规范和标准，若处理不当，则很有可能会对电缆接头造成不良影响^[3]。综合考虑接头解剖结果，对本次中支线电缆接头故障原因分析如下：

故障点中支二线#82工井A相中间接头为绝缘接头，接地方式采用交叉互联形式，三个换位小段对称分布保证了护层感应电压处于规程允许范围之内。接头两侧的外半导电、铝护套，外护层工艺上不连续，采用同轴电缆形式实现交叉互联。内置光纤位于电缆阻水阻水带之上，光纤的结构如图6所示,从里到外依次是纤芯，光纤套管、铠装、芳纶纱、金属编织网、外护套。光纤由铝护套断口约40mm处剥除外护套引出，于预制件表面中心处两侧剥切约5mm露出纤芯实现熔接，暴露出的金属编织网与电缆外屏蔽和铜网之间且无任何绝缘措施，这为接头故障埋下了隐患。

目前国内光纤电缆主要应用于海缆领域，陆缆的光纤接续两侧露出的金属编织网均需要有可靠的接地，具体施工上与两侧铜网相连，与铝护套等电位。而中支线光纤的熔接工艺没有考虑金属编织网的接地问题，电缆运行过程中，电缆的铝护套会与光纤的金属编织网产生不同的感应电压，由于接头为交叉互联单元内的绝缘接头，铝护套断口处感应电压差最大^[4]，在长期电压差的作用之下，金属编织网会长期逐渐发热，而铝护套断口处电压差最大，长期发热造成了电缆外屏蔽及绝缘逐渐击穿至电缆线芯，线芯对铜壳产生放电，最终导致电缆接头事故。

3 整改建议

经过本次的故障案例，得出经验及相应应对措施如下：

1、电缆工程管理的可研内审阶段，增加一条：高压电缆及其附件不宜采用内置光纤。内置光纤接续工艺尚未完全成熟的情况之下，从源头控制光纤电缆在合肥地区的使用数量；

2、光纤电缆的接续工艺要求引出固定、去除金属、缠绕固定、纤芯接续；

3、严格按规程规范开展所有接头处护层电流、接头局放试验。全线排查通道接地系统，确保接地可靠，护层电压处于安全范围之内；

4、接头铝护套尺寸偏差暴露了验收把控不严格的问题，后续工程将继续加强附件制作工艺的中间验收。关口前移，提高电缆工程的入网质量。

4 结论

陆缆在科学技术的发展过程中，理论与实践相辅相成。因此，要使电缆内置测温技术得到快速发展，必须加强对相关施工工艺的分析与掌握，这需要对测温光纤进行大量的测试和分析，了解光纤工作状态参数以及对电缆本身带来的影响，并以此为依据改进内置测温光纤的材料结构与接续工艺，同时将施工工艺标准化。

参 考 文 献

1. 金金元，高压光纤复合测温电缆的研制[J]. 光纤与电缆及其应用技术，2012(5)：21-23。