電纜終端典型事故案例分析及常見故障防范處理

張宏濱 陳偉濤 張明崗 孟博 周磊 王大鵬 張磊 宋斌

摘 要：該文對一起35 kV電纜終端放電事故典型案例進行了分析，分析了電纜終端發生擊穿放電的原因，針對目前電纜終端施工中常見電纜終端錯誤制作方法及電纜終端常見故障提出了防范措施。

關鍵詞：電纜終端 ?應力錐 ?故障處理

中圖分類號：TM711 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0083-02

電纜終端是用以將電纜導體和相關電氣設備連接的電纜附件，安裝于電纜末端。電纜終端作為電纜與電氣設備關鍵的連接設備，應具有良好的密封性和絕緣性，應滿足在長期帶電運行下良好的連接特性和電氣絕緣特性，能經受在電氣系統中的過電壓等。由于電纜終端制作安裝過程必須在施工現場進行，各個施工現場環境各異，且終端內部結構復雜、電場集中，因此電纜終端制作對施工工藝要求極高，由于各種原因引發的電纜終端故障也頻繁發生。電纜終端的運行質量直接影響到電纜線路的安全運行，在電纜及其附件故障統計中顯示，電纜終端的故障約占總故障量的70%左右。

每次電纜終端故障發生總會造成相應電纜停電，隨之帶來的是造成大面積區域停電，由此造成直接或間接經濟損失不可估量。電纜終端是電力電纜的連接的關鍵部位，也是電力電纜線路中的最薄弱的一個環節，是電力電纜故障的多發環節。為保障電纜線路零故障安全運行，提高電纜線路的供電可靠性，總結電纜終端各類事故發生的原因是十分有必要的。該文通過對某變電站35 kV電力電纜終端高介電系數應力管施工安裝工藝不到位引起電力電纜接地故障進行深度剖析，并就電力電纜終端施工及維護過程中存在的常見問題進行分析，進一步規范和提高電力電纜終端制作工藝，加強施工人員在電纜終端制作過程中的制作水平，避免再次發生類似事故。

1 電纜終端事故經過及原因分析

1.1 故障概況

某站#2主變35 kV高壓電纜終端型號：26/35 kV戶外500～630 mm2，系2011年5月生產，于2012年8月安裝就位;電纜長度100 m，電纜終端為冷縮式戶內電纜終端，電纜一側接主變35 kV出線，另一側接入室內開關柜。2014年1月18日，調度值班人員分別發現該站#2主變組二次保護告警，顯示設備運行異常，運維人員進入現場巡視，發現#2主變35 kV側電纜終端B相出現對地擊穿燒毀故障，現場電纜終端完全燒毀，周圍可見絕緣材料被燒黑的碳質，故障相被燒毀僅剩導體連接部分，其余兩相無異常，運維人員無法直接判斷電纜終端產生故障的原因。

1.2 故障原因分析

經過對現場調查發現電纜終端的外部尺寸設計合理，排除因外部尺寸設計不合理引發放電擊穿故障的可能;主變壓器和開關柜都是室內設備，故障現場氣溫干燥，現場無積水，解剖電纜終端未發現終端有受潮痕跡，排除因受潮而引發水樹枝最終導致擊穿的可能;根據電纜終端發生故障的位置推測故障可能是由以下幾個方面原因引起：一是電纜主絕緣開剝時主絕緣表面刀痕過深，造成主絕緣絕緣強度不足，最終引發放電擊穿故障;二是終端屏蔽層處理工藝不好，使屏蔽層間產生感應電流，在屏蔽層上形成較高的感應電壓，造成絕緣老化并最終造成擊穿故障;三是電纜終端應力錐部分尺寸處理不好，造成局部電場強度過高，最終引發故障。

由于故障相B相已經無法判斷故障發生原因，對非故障相A相進行解剖發現，在非故障相電纜終端有明顯放電碳化通道，在主絕緣表面存在對電纜半導電絕緣屏蔽放電痕跡，對比非故障相進行尺寸測量發現故障相故障區域與非故障相放電區域相同，可確定為同一故障。

通過對比電纜終端標準化制作卡對電纜終端尺寸進行測量，發現電纜終端的開剝尺寸不符合要求，放電點為電纜終端高介電常數應力管與半導電屏蔽層搭接區域;由于開剝尺寸不符合要求，造成#2主變B相高介電常數應力管與半導電屏蔽層沒有形成有效搭接，破壞了應力管與主絕緣緊密的絕緣配合和電場分布，使應力管作用失效，造成電纜半導電屏蔽層處電場畸變，過高的電場強度導致在長期的運行過程中造成局部放電，在主絕緣的絕緣薄弱環節逐步造成了絕緣擊穿。

1.3 電纜終端處理

從上面的分析可以發現電纜終端發生故障的主要原因時電纜終端的制作工藝存在問題，是一起典型的因制作工藝不到位引起的事故，需要進行合理有效地整改。高介電常數應力管（應力錐）是電纜終端的應力控制單元，是電纜終端的核心部位，這部分部件的制作工藝直接影響電纜終端的制作質量，因此在制作電纜終端時應嚴格把握電纜的切剝尺寸，保證應力管與半導電屏蔽層處可以形成最少20 mm的有效搭接部分，防止因終端收縮時應力管與絕緣屏蔽層脫離造成搭接面不足引起故障。由于主變兩端電纜終端為同期安裝產品，對兩側電纜終端全部進行了重新制作更換，在制作過程中嚴格按照電纜終端的制作工藝對電纜終端進行制作，并經過試驗合格后投入運行。

2 電纜終端常見故障及防范處理

電纜終端種類、形式、規格較多，質量參差不齊，在施工過程中施工人員施工技術平也各不相同，電纜終端運行方式和條件各異，致使電纜終端發生故障的原因也各不相同，該文對電力電纜終端主要常見的故障進行總結分析。

2.1 機械損傷

由于電纜安裝環境周圍的硬物損傷，或施工遺留缺陷，造成對電纜終端保護不足，引起的機械損傷在電纜終端故障中占有一定比例。常見的電纜終端機械損傷通常分為以下幾類：（1）安裝時碰傷;（2）運行時外力破壞;（3）環境惡劣老化等。在電纜終端的制作安裝過程中，應配備電纜終端安裝專用工具，嚴格控制電纜終端防止受到機械損傷，杜絕盲目施工。

2.2 電纜施工工藝問題

由于電纜終端施工工藝問題造成電纜終端事故，占電纜終端事故中的很大一部分比例。通常常見的工藝錯誤有以下幾種：銅屏蔽斷口處理不好、接地線處理結合不緊密、半導電層環切工藝不好、主絕緣表面處理不好等。對于電纜終端，電場最集中的位置是金屬屏蔽層的斷開處，在金屬屏蔽層斷開處造成電場畸變;產生這種現象的原因是，在電纜金屬屏蔽層的斷開處形成了高電場應力效應，在電纜絕緣層的表面形成電壓梯度，在越接近半導體屏蔽層的斷面處，電場強度越大，形成在電纜運行中電纜終端的薄弱點，容易造成局部放電，并最終引發擊穿事故。目前針對電纜終端金屬屏蔽層斷開處電場畸變采用的手段是在屏蔽層斷開處加裝應力錐，應力錐的作用是改善金屬護套末端電場分布，降低金屬護套邊緣處電場強度，在10～35 kV冷縮式交聯聚乙烯電纜終端，經常采用高介電常數材料制成的應力管代替應力錐，簡化了現場安裝工藝，縮小了終端外形尺寸。

（1）銅屏蔽金屬帶斷口處理不好，斷口處存在尖角扎入主絕緣內，造成尖端放電并最終造成接地故障;在處理銅屏蔽層斷口時應用PVC膠帶或小恒力彈簧將銅屏蔽層定位并固定，沿PVC膠帶或小恒力彈簧定位位置使用刀具壓出印痕，但不得將銅帶切斷，以免損傷內部結構。然后沿印痕將銅帶均勻撕斷，撕斷銅帶過程中不得傷及外半導電屏蔽層和絕緣層;銅屏蔽斷口處要保證平滑整齊，外形應為均勻的圓周，不得存在缺口及尖角，不允許銅帶尖角刺入外半導電層。

（2）接地線與銅屏蔽接觸不充分，導致系統發生短路故障時過熱燒毀;在處理三相終端分叉線接地線時，應用恒力彈簧將接地線進行固定，鋼帶鎧裝應與銅屏蔽分開接地，不得一點接地，兩條接地線應錯開一個角度。鋼帶鎧裝接地后，在恒力彈簧與鋼帶鎧裝外繞包#23絕緣膠帶，使銅屏蔽與鋼帶鎧裝接地部分保持絕緣。此外，接地線應被防水密封條緊密包裹，防止水分沿接地線滲入內部。

（3）剝除電纜外半導電層時環切刀痕或縱切刀痕過深損傷電纜主絕緣，導致電纜線芯與外半導電層絕緣距離不足造成緩慢放電并最終導致擊穿;由于開剝半導電屏蔽層主要采用刀具環切及縱切后將半導電屏蔽層撕開的工藝，這種工藝可以保證主絕緣表面殘存半導電顆粒較少，可以有效防止因半導電顆粒存在懸浮電位造成放電故障。剝除電纜外半導電層是電纜預處理過程中要求最高的一個步驟過程，因此需要謹慎操作。采用這種處理工藝時，要求用刀剝除外半導電層時，下刀2/3深，不能傷及電纜主絕緣層;半導電層的切口處要整齊。不能存在尖角，切口處不能有刀痕。去除半導電層時，應沿圓周方向撕去，半導電層去除完成后，應完全打磨去除電纜絕緣表面上的刀痕。

（4）開剝后主絕緣表面處理不好，導致半導電顆粒嵌入主絕緣表面形成懸浮電位造成放電;在主絕緣表面處理過程中，如果存在主絕緣層被劃傷，或是主絕緣表面殘留黑色半導電顆粒，必須用絕緣砂布打磨干凈;處理過程應先用120#粗砂布打磨主絕緣，再用240#細砂布打磨主絕緣，最后用砂布背面拋光主絕緣表面;在處理過程中絕對不可以用打磨過半導電層或金屬的砂布來打磨主絕緣，以避免導電顆粒污染主絕緣表面。

以上分析了電纜終端制作及安裝使用過程中經常遇到的問題，此外在電纜終端制作的過程中還應特別注意保持工作現場的清潔，同時應該盡可能將電纜終端制作時間縮短，電纜開剝后一次完成，因為電纜開剝后在空氣中時間暴露的越長，空氣中的水分、灰塵等雜質侵入電纜的可能性越大，影響電纜終端的質量。

3 結語

這是一起典型由于在電纜終端制作過程中工藝缺陷引發的終端故障而引起的主變停電事故，其代價是巨大的，得到的教訓也是極其深刻的，通過對事故原因的深層次進行剖析，對電纜終端的制作、現場管理、運行維護都有一定的借鑒意義。由于電纜終端生產廠家比較多，電纜終端的制作工藝及安裝方法也不盡相同，因此現場安裝制作電纜終端必須嚴格按照廠家提供施工圖紙及安裝手冊進行電纜終端制作。安裝人員必須嚴格按照安裝手冊提供工藝進行安裝，現場監督人員應加強現場制作管理，并做好現場制作質量記錄，現場出現與施工工藝不符的情況應立即制止并糾正。本文通過對本案例故障進行剖析，并對在電纜終端制作過程中容易遇到的問題進行了分析，提出了相應的對策，給相關單位電纜終端制作施工提供了一定的參考。

參考文獻

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