鐵路高壓電力電纜中間頭故障的原因分析及解決方案

陳云峰 上海鐵路局杭州供電段

鐵路高壓電力電纜中間頭故障的原因分析及解決方案

陳云峰 上海鐵路局杭州供電段

通過解剖分析杭州供電段管內(nèi)近幾年發(fā)生故障的高壓電力電纜中間頭，找出在電纜中間頭附件材質(zhì)、制作工藝、制作環(huán)境和運行環(huán)境等4個方面存在的問題，制定了合理選用電纜附件材質(zhì)、加強業(yè)務培訓、建立全過程監(jiān)督機制和建立健全電纜管理臺賬等解決方案，并經(jīng)過1年的實踐證明，可以有效地降低高壓電力電纜中間頭的故障率，減少高壓電力電纜應急搶修成本的支出，保障鐵路供電安全。

電力電纜；電纜中間頭；冷縮；熱縮；故障；解決方案

1 引言

目前，隨著我國鐵路的快速發(fā)展和國民經(jīng)濟水平提高，在鐵路供電系統(tǒng)中采用了大量的高壓電力電纜通過直埋、穿管或溝槽的方式取代架空線路的使用，在一定程度上提高了鐵路供電系統(tǒng)的供電可靠性。但因受高壓電力電纜中間頭附件材質(zhì)、制作工藝、制作環(huán)境、運行環(huán)境等因素的影響，高壓電力電纜中間頭故障時有發(fā)生，給鐵路供電系統(tǒng)的供電安全帶來了較大的影響。因此，有必要對引起鐵路高壓電力電纜中間頭故障的原因進行深入分析，研究制定針對性的解決方案，降低其故障率，保障鐵路供電安全，減少因高壓電力電纜故障發(fā)生的應急搶修成本支出，減少對鐵路交通運輸安全的影響。

2 原因分析

高壓電力電纜中間頭是將兩根高壓電力電纜連接起來的部件，其設計原理遵循恢復電力電纜本體結構為原則。滿足其電氣、物理及化學性能，以確保與電力電纜本體一樣能長期安全運行和相同的使用壽命。目前，鐵路普遍使用交聯(lián)聚乙烯高壓電力電纜，其采用的中間頭附件基本可以分為熱縮式和冷縮式兩種。在對杭州供電段管內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生故障的2011年32起、2012年27起和2013年25起高壓電力電纜中間頭解剖分析后發(fā)現(xiàn)，引起高壓電力電纜中間頭故障的主要原因可以歸納為電纜中間頭附件材質(zhì)、制作工藝、制作環(huán)境和運行環(huán)境4個方面。

2.1 附件材質(zhì)

由于大部分的電纜中間頭都是安裝在戶外直埋、穿管或溝槽等環(huán)境里,因此防水及防潮氣就成為確保電纜中間頭安全運行的關鍵之一,也就要考慮其密封性能。目前密封的方法通常有兩種：一種是使用高彈性的密封膠預制，即冷縮附件；一種是利用密封膠、聚乙烯、EVA等材料進行現(xiàn)場收縮，即熱縮附件。

冷縮附件利用液體硅橡膠本身的彈性在工廠預先擴張好放入塑料及支撐條。到現(xiàn)場套到指定位置,抽掉支撐條使其自然收縮，理論上這種冷縮附件具有良好的“彈性“,可以避免由于大氣環(huán)境、電纜運行中負載高低產(chǎn)生的電纜熱脹冷縮而造成的擊穿事故。但在實際運行中，因冷縮附件材質(zhì)較差或長時間處于擴張狀態(tài)的原因，導致其彈性較差，達不到電纜附件的密封要求，其防水、放潮氣的功能弱化，從而發(fā)生電纜中間頭爬電擊穿故障。

熱縮附件本身不具有彈性，其收縮溫度為100℃～140℃，只有在安裝時，溫度才可以滿足它的收縮條件。熱縮附件在內(nèi)部防水、防潮氣方面具有較大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：線芯處采用半導體帶、一般填充膠、絕緣膠帶纏繞，兩端主絕緣體180 mm左右，可在一定程度上防止線芯內(nèi)部出水；剝出的半導體層與銅屏蔽之間纏包了一層密封膠，剝出的半導體層與主絕緣間繞包一層應力疏散膠，可在一定程度上防止銅屏蔽層與半導體層間的水汽滲入。但是，熱縮附件在外部防水方面具有一定的缺陷，主要體現(xiàn)在：當溫度變化較大時,因電纜本體的熱膨脹系數(shù)與熱縮附件的膨脹系數(shù)不同,有可能產(chǎn)生脫層,出現(xiàn)裂縫，其防水、放潮氣的功能弱化，從而發(fā)生電纜中間頭爬電擊穿故障。

2.2 制作工藝

高壓電纜中間頭制作工藝較差會造成電纜的絕緣薄弱點，在實際運行中，一旦發(fā)生電壓波動，這些薄弱點就會發(fā)生擊穿燒毀現(xiàn)象。通過對電纜頭制作過程及故障電纜頭的解剖分析，在尺寸定位、半導體層處理、銅屏蔽處理和接地線安裝等方面存在工藝不過關的現(xiàn)象。

2.2.1 尺寸定位方面不過關的現(xiàn)象主要有

（1）不管什么樣的附件都按照以往經(jīng)驗進行切割制作安裝，造成與附件的要求尺寸不符。

（2）不使用精確的測量尺進行測量，如使用扳手、鉗子、刀具等器物代替測量尺。

（3）看圖不細致全面，斷章取義。

2.2.2 半導體層處理方面不過關的現(xiàn)象主要有

（1）切割力度過大，刀口過深，傷及主絕緣層。

（2）在加熱后再用刀切割半導層，造成半導層的材質(zhì)嵌入主絕緣層中。

（3）采用非專用砂紙打磨或打磨不干凈。

（4）清洗過程重復污染。

2.2.3 銅屏蔽處理方面不過關的現(xiàn)象主要有

（1）切除內(nèi)護套時，下刀力度過大造成銅屏蔽層的損傷。

（2）不平整或有毛刺的地方，未進行鈍化處理。

2.2.4 接地線安裝方面不過關的現(xiàn)象主要有

（1）鋼鎧的尖端不做鈍化處理。

（2）去除鋼鎧時，傷及電纜內(nèi)護層、銅屏蔽甚至主絕緣。

（3）未使用專用材質(zhì)固定銅編織帶。

2.3 制作環(huán)境

在鐵路高壓電力電纜發(fā)生故障后，需立即制作電纜中間頭，及時恢復供電，減少對鐵路運輸秩序的影響。而大部分的高壓電力電纜故障發(fā)生在陰雨天，導致在電纜中間頭的制作過程中，很難滿足“高壓電纜中間頭制作時，空氣相對濕度宜為70%以下，且嚴禁在霧和雨雪氣候條件下，室外制作高壓電纜中間頭”的規(guī)范要求，給電纜中間頭的運行埋下了一定的安全隱患。

2.4 運行環(huán)境的影響

高壓電纜中間頭制作完成后，其后期的運行環(huán)境對其安全運行也有較大的影響，主要體現(xiàn)在：

（1）制作完成的電纜中間頭靜置時間不足。特別是故障搶修制作的電纜中間頭，為及時恢復鐵路供電，一般達不到規(guī)范要求的靜置時間。

（2）不規(guī)范的移動或擺放，用力彎折電纜頭，造成電纜中間頭始終處于受力狀態(tài)。

（3）缺少相應的保護措施。高壓電纜中間頭采用直埋的方式，未采用電纜井或直接擺放在電纜井底的積水中，使其外部處于潮濕或水中的運行狀態(tài)，給其防水、防潮性能帶來極大的考驗，具有較大的安全隱患。

（4）銅鋁不同材質(zhì)連接時，未使用銅鋁過渡。

（5）無功補償不科學，產(chǎn)生電壓諧振，使其承受很高的諧振電壓，從而導致其擊穿。

（6）避雷器質(zhì)量不高或其接地電阻較大，雷擊時使其承受極高的雷電壓，從而導致其擊穿。

3 解決方案

針對上述引起高壓電力電纜中間頭故障的原因，可以從合理選用電纜附件材質(zhì)、加強業(yè)務培訓、建立全過程監(jiān)督機制、建立健全電纜管理臺賬等方面來制定解決方案。

3.1 合理選用電纜附件材質(zhì)

（1）室內(nèi)或新建戶外高壓電纜中間頭宜選用具有良好“彈性”的冷縮附件。

（2）負載電流較小、溫度變化較小時，可選用具有良好信譽的熱縮附件。

（3）已進水或已受潮氣浸入的電纜，首選熱縮附件。

（4）空氣相對濕度或氣候條件不滿足要求時，一般不制作高壓電纜中間頭，特殊情況下，須采取一定的防雨、加熱等措施后，采用熱縮附件制作戶外中間頭，采用冷縮附件制作戶內(nèi)中間頭。

（5）在地形環(huán)境許可的情況下，安裝電纜接頭箱可以有效的減少電纜中間頭，提高供電電纜的運行可靠性。

（6）對于重要高壓電力電纜，如變配電所電源進線電力電纜，在經(jīng)濟條件許可的情況下，可以采用MMJ熔接技術，恢復高壓電力電纜的本體絕緣，取消電纜中間頭，可以有效的提高供電電纜的運行可靠性。

3.2 加強業(yè)務培訓

（1）加強對高壓電纜中間頭制作過程中每道工序的步驟及內(nèi)涵的理論培訓。

（2）組織開展崗位練兵、應急演練及實作競賽，提高其實際制作能力。

3.3 建立全過程監(jiān)督機制

（1）高壓電纜存放或敷設時，電纜兩端必須采取有效的封堵措施，防止水或潮氣侵入，降低高壓電纜的整體絕緣性能。

（2）自剝切電纜開始應連續(xù)進行電纜頭的制作，縮短絕緣暴露時間以防受潮和塵埃侵入。

（3）按工藝要求對電纜頭制作過程中的每道工序進行監(jiān)督，確保制作工藝滿足規(guī)范要求。

（4）制作完成后，電纜頭須按規(guī)范要求進行靜置后才能移動，在移動、擺放過程中不得彎、折電纜頭，且電纜中間頭采用電纜井架空的方式進行防護。

3.4 建立健全電纜管理臺賬

（1）建立高壓電纜型號、敷設方式和電纜中間頭附件材質(zhì)、制作時間、制作人員、分布位置的管理臺賬，有利于提高高壓電纜故障查找定位的準確率，有利于及時攜帶合適的電纜附件，及時制作電纜中間頭，縮短應急搶修時間。

（2）建立與電纜相關的避雷器及接地電阻的臺賬，掌握其運行狀態(tài)，可以防止或減少雷擊過電壓擊穿電纜。

（3）建立長電纜線路的供電負載動態(tài)變化記錄臺賬，及時調(diào)整無功補償容量，杜絕或減少諧振電壓對高壓電力電纜的損害。

4 試用效果

2014年，杭州供電段采用上述解決方案，舉辦了2期高壓電力電纜中間頭制作培訓班，對段管內(nèi)53名電纜制作人員進行了理論和實作培訓；組織開展了3期電纜中間頭制作競賽；對各高壓電力電纜進行了一次全面的檢修與測試，建立健全了各高壓電力電纜的動態(tài)管理臺賬；同時在新建或改造工程中使用國內(nèi)外知名品牌的電纜中間頭冷縮附件89套，在應急搶修中的使用國內(nèi)外知名品牌的電纜中間頭熱縮附件56套，嚴格按照工藝要求進行制作與防護，目前，這些新投入使用的電纜中間頭運行情況良好，未發(fā)生故障。

5 結束語

通過落實合理選用電纜附件材質(zhì)、加強業(yè)務培訓、建立全過程監(jiān)督機制、建立健全電纜管理臺賬等解決方案，可以有效地降低高壓電力電纜中間頭的故障率，減少高壓電力電纜應急搶修成本的支出，保障鐵路供電安全。

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[6]杭州供電段.電力設備運行檢修資料：2010-2014.

責任編輯：萬寶安 張萼輝

來稿日期：2015-01-22