交聯(lián)聚乙烯電力電纜冷縮電纜頭故障調(diào)查分析

南春雷，吳繼兵，郭宏偉，盧琳方，任卿

國網(wǎng)三門峽供電公司

交聯(lián)聚乙烯電力電纜冷縮電纜頭故障調(diào)查分析

南春雷，吳繼兵，郭宏偉，盧琳方，任卿

國網(wǎng)三門峽供電公司

交聯(lián)聚乙烯電力電纜由于其良好的電氣性能和耐熱性能得到了廣泛的應(yīng)用，但在實際工作現(xiàn)場中，電纜頭的制作工藝存在諸多問題；本文結(jié)合實際故障現(xiàn)象，對如何提高電纜頭的冷縮施工工藝和電纜的安裝水平進行了詳細分析，并對類似的故障情況提出了防范措施。

聚乙烯電纜冷縮頭；故障分析；防范措施

引言

交聯(lián)聚乙烯電纜自問世以來，以其結(jié)構(gòu)輕便，安裝維護方便，絕緣性能優(yōu)越，載流量大及沒有敷設(shè)高差限制等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用［1］。隨著大量交聯(lián)電纜的使用，提高交聯(lián)電纜頭的安裝質(zhì)量，保證電纜的安全運行是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。

本文現(xiàn)結(jié)合一實際故障現(xiàn)象，詳細分析了如何提高電纜頭的冷縮施工工藝和電纜的安裝水平，及對類似的故障情況提出了防范措施。

1.故障及處理情況

某年2月21日19：56分，某變電站值班人員發(fā)現(xiàn)35kV設(shè)備區(qū)有火光，立即向調(diào)度進行了匯報，經(jīng)過確認，發(fā)現(xiàn)是35kV線路甲刀閘電纜頭處中相著火，于20：01分斷開該開關(guān)，2月22日7：15，檢修部門立即組織專業(yè)人員對燒壞的電纜頭進行了重新制作，試驗合格后該開關(guān)恢復(fù)供電。3月7日14：54分，該變電站值班人員又發(fā)現(xiàn)上述35kV線路戶內(nèi)電纜頭起火，立即向調(diào)度進行了匯報，并于14：57分斷開該開關(guān)，3月7日22：53檢修部門再次組織人員對燒壞的電纜頭進行了處理并恢復(fù)了供電。在事件的整個處理過程中，我們多次聯(lián)系電纜及附件廠家，針對本次戶內(nèi)、戶外電纜頭以外單芯處故障原因，組織專業(yè)技術(shù)人員對解體的電纜頭進行了認真的分析討論，和電纜附件廠家技術(shù)人員一起，找到了故障發(fā)生的主要原因，提出了防范措施，對提高35kV及以下交聯(lián)聚乙烯電纜頭冷縮工藝水平起到了一定的促進作用。

2.故障交聯(lián)聚乙烯電纜及冷縮頭參數(shù)、冷縮電纜頭損壞情況

發(fā)生故障的35kV線路電纜型號為YJV22-26/35-3×240，接于線路甲刀閘與變電站圍墻內(nèi)該間隔龍門架之間，長度約40m，戶外冷縮接頭型號為WLS5311，冷縮接頭的材料主要性能如表2-1所示：

表2-1　冷縮接頭的材料主要性能

電纜頭故障情況如圖2-1所示，從圖2-1（a-d）可以清楚地看到，現(xiàn)場電纜頭做了加長管，電纜頭損壞部位十分明確，在電纜頭以外單芯處，B相較為嚴重，其他兩相如果單從損壞電纜頭以外單芯處的外觀看，不能看出明顯的故障現(xiàn)象，當(dāng)把其余兩相的冷縮加長管在故障相的同部位打開后，發(fā)現(xiàn)燒壞的獨芯電纜處正好在截斷半導(dǎo)體層的接口處，所割開的半導(dǎo)體四周參差不齊。

在電纜附件廠技術(shù)人員的指導(dǎo)下，我們對損壞的冷縮電纜頭進行了現(xiàn)場分解，從割開的冷縮電纜頭結(jié)構(gòu)可以看出，在冷縮電纜終端靠近電纜側(cè)4cm處有一3cm長的應(yīng)力錐，由于電纜絕緣外徑到應(yīng)力錐的過渡段在安裝時沒有處理好，在該處發(fā)生軸向場強過大產(chǎn)生的擊穿造成了電纜延長管的損壞。

圖 2-1故障電纜頭情況

3.交聯(lián)聚乙烯電纜冷縮電纜頭結(jié)構(gòu)及本次故障損壞原因的分析

3.1交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)分析

交聯(lián)聚乙烯電纜和大家熟悉的油浸紙統(tǒng)包電纜的區(qū)別除了相間主絕緣是交聯(lián)聚乙烯塑料以及線心形狀是圓形之外，還有兩層半導(dǎo)體膠涂層。在芯線的外表涂有第一層半導(dǎo)體膠，它可以克服電暈和游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。在相間外絕緣表面涂有第二層半導(dǎo)體膠，同時擠包了一層0.1mm厚的薄銅帶，他們組成了良好的相間屏蔽層，使之幾乎不能發(fā)生相間故障。圖3-1為其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 3-1交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)示意圖

在電纜結(jié)構(gòu)上的所謂“屏蔽”，實質(zhì)上是一種改善電場分布的措施。電纜導(dǎo)體由多根導(dǎo)線絞合而成，它與絕緣層之間易形成氣隙，導(dǎo)體表面不光滑，會造成電場集中。在導(dǎo)體表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的導(dǎo)體等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導(dǎo)體與絕緣層之間發(fā)生局部放電，這一層屏蔽為內(nèi)屏蔽層；同樣在絕緣表面和護套接觸處也可能存在間隙，是引起局部放電的因素，故在絕緣層表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護套等電位，從而避免在絕緣層與護套之間發(fā)生局部放電，這一層屏蔽為外屏蔽層；沒有金屬護套的擠包絕緣電纜，除半導(dǎo)電屏蔽層外，還要增加用銅帶或銅絲繞包的金屬屏蔽層，這個金屬屏蔽層的作用，在正常運行時通過電容電流；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，作為短路電流的通道，同時也起到屏蔽電場的作用。

3.2電纜冷收縮附件的技術(shù)特點

冷縮式附件所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠，冷縮式附件常采用幾何結(jié)構(gòu)法與參數(shù)控制法來處理電應(yīng)力集中問題，而且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)法即采用應(yīng)力錐緩解電場集中分布的方式要優(yōu)于參數(shù)控制法的產(chǎn)品。該類附件材料性能優(yōu)良，如：憎水性好、高彈性、機械強度高，壽命長等，較大改善了界面性能。安裝方面其最大特點是安裝工藝方便快捷，只需在正確位置上抽出電纜附件內(nèi)襯芯管，無需加熱就可安裝，另外，安裝時對電纜的絕緣層外徑尺寸要求也不是很高，只要電纜附件的內(nèi)徑小于電纜絕緣外徑2mm就完全能夠滿足要求，因此，冷縮式附件已成為中低壓以及高壓電纜采用的主要形式。其使用中的關(guān)鍵技術(shù)問題是：

（1）附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規(guī)定的要求。

（2）需采用硅脂潤滑界面，以便于安裝，同時填充界面的氣隙。

（3）一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用，有時可采用密封膠及彈性夾具增強密封。

（4）一般35kV及以下電壓等級的冷縮式附件多采用工廠擴張式（對應(yīng)現(xiàn)場擴張），其有效安裝期在6個月內(nèi)，最長安裝期限不得超過兩年，否則電纜附件的使用壽命將受到影響。

3.3綜合分析

交聯(lián)聚乙烯電纜制作電纜終端時應(yīng)剝除一小段屏蔽層，其主要目的是用來保證高壓對地的爬電距離，因為這個屏蔽斷口處應(yīng)力十分集中，是薄弱環(huán)節(jié)！必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M行應(yīng)力處理（用應(yīng)力錐或應(yīng)力管等）。剝除屏蔽層的長度應(yīng)以保證爬電距離，增強絕緣表面抗爬電能力為依據(jù)，屏蔽層剝切不宜過長，否則將增加施工的難度，同時也增加電纜附件的成本。半導(dǎo)電層也應(yīng)在冷縮電纜終端應(yīng)力錐的要求部位割開，而不應(yīng)該按照以前熱縮電纜頭的做法在遠離電纜終端的部位進行割斷，否則將造成了半導(dǎo)電層失去應(yīng)力錐的保護，在不均勻電場的作用下放電，造成絕緣損壞。另外，半導(dǎo)電層的作用是屏蔽強電場，如果剝的不圓滑，就會造成尖端放電，經(jīng)過一段時間的運行，尖端放電發(fā)熱也會使絕緣損壞。

經(jīng)與電纜附件廠技術(shù)人員對損壞的電纜部位進行分析后，認為本次故障的主要原因是現(xiàn)場安裝人員對冷縮工藝要求未完全掌握，特別是對于電纜頭增加加長管后的制作要求不清楚，盲目地在遠離電纜終端的部位進行割斷，造成了半導(dǎo)體層失去應(yīng)力錐的保護，同時也未按要求加裝應(yīng)力管，最終使電纜頭半導(dǎo)體層切割處在不均勻電場的作用下放電，進而引發(fā)電纜頭起火故障。

4.此次故障反應(yīng)出來的問題

本次故障的發(fā)生，暴露新技術(shù)在實際運用方面還存在一些問題，不僅有技術(shù)方面的原因，也有管理方面的原因，主要有以下幾點：

4.1新技術(shù)的應(yīng)用方面人員培訓(xùn)滯后

110kV及以下交聯(lián)電纜在某局投入運行已經(jīng)有3年左右的時間，特別是35kV及以下交聯(lián)電纜的使用越來越廣泛，但是現(xiàn)場的安裝人員一直沒有進行過相關(guān)知識的培訓(xùn)，對冷縮電纜附件結(jié)構(gòu)原理、冷縮電纜的制作程序和工藝要求不清楚。

4.2現(xiàn)場盲目施工的現(xiàn)象仍然存在

在冷縮新工藝應(yīng)用時，未嚴格按照廠方技術(shù)要求進行施工（現(xiàn)場應(yīng)按照電纜頭包裝內(nèi)所帶的1：1的紙樣板進行制作），在不清楚且有疑問時，未及時聯(lián)系廠家解決，而是想當(dāng)然的按照熱縮方法進行，即便是熱縮工藝，應(yīng)力管是必須加裝的，卻也未加裝，從此可以看出現(xiàn)場人員的標準化工作也有待進一步加強。

4.3高壓電纜頭制作工具不全

由于高壓電纜外皮堅硬，特別是半導(dǎo)體層的剝掉很困難，而目前現(xiàn)場的工作人員還是有壁紙刀來進行工作，遇到冬季，電纜制作難度更大。

4.4電纜檢測手段不全

對于交聯(lián)電纜的試驗，目前仍存在試驗項目不完整，試驗方法不規(guī)范的問題，如交流耐壓試驗的電壓和加壓時間等。

5.應(yīng)采取的防范措施

本次設(shè)備故障雖未造成較大的損失，但由此引發(fā)的一系列問題不得不引起相關(guān)部門的高度重視和進一步反思，為了避免該類問題的再次發(fā)生，建議采取以下防范措施：

5.1電纜工作為一項十分專業(yè)的工種，應(yīng)盡快引起各方面重視，檢修部門等施工單位應(yīng)確保電纜工的有效管理，督促電纜工加強專業(yè)學(xué)習(xí)，新工藝采用之前，應(yīng)聯(lián)系廠家現(xiàn)場指導(dǎo)，必要時可安排人員到設(shè)備廠家或兄弟單位進行交流學(xué)習(xí)，采取多種方法的方法，對有關(guān)專業(yè)人員進行電纜新技術(shù)、新知識培訓(xùn)，盡快上崗取證，避免安裝工藝不良的設(shè)備投入生產(chǎn)。

5.2嚴格按規(guī)程要求加強現(xiàn)場工作管理，積極推行標準化作業(yè)，特別要重視新設(shè)備、新工藝的標準化作業(yè)指導(dǎo)書的編制工作，嚴禁不按設(shè)備技術(shù)要求盲目施工，確保工作流程和工藝質(zhì)量符合規(guī)范要求。

5.3積極了解廠家和參觀兄弟局電纜專業(yè)的制作工具，購置利于工作的電纜頭制作工具。

5.4運行人員應(yīng)加強新設(shè)備和采用新工藝設(shè)備的運行巡視，在投運初期的巡視周期應(yīng)相應(yīng)縮短。試驗人員努力提高電纜檢測水平，積極學(xué)習(xí)交聯(lián)電纜的試驗方法，做全電纜的測試項目，除將電纜的直流耐壓試驗改為交流耐壓試驗，同時對試驗人員做好新設(shè)備的檢測知識培訓(xùn)。按照《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用實施細則》要求，新建、改擴建等工程的電力設(shè)備在帶負荷1個月內(nèi)（但最早不得少于24小時）施工單位應(yīng)進行一次紅外測溫和診斷，該點必須引起施工單位的高度重視，爭取早發(fā)現(xiàn)，避免安裝不良的設(shè)備引發(fā)惡性事故，危及系統(tǒng)的安全運行。

6.結(jié)論

本文現(xiàn)通過一起實際電纜頭故障，先對交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)進行了分析，然后對如何提高電纜頭的冷縮施工工藝和電纜的安裝水平進行了詳細的分析，并對類似的故障情況提出了防范措施。對今后提高安裝電纜運行水平有著很大的促進作用。

［1］唐益民，李建安.淺談10kV交聯(lián)聚乙烯熱縮電纜頭的安裝［J］山西建筑2008（6）∶175-177

［2］長沙電纜附件廠技術(shù)技術(shù)說明書