10kV交聯電纜終端故障原因分析及制作要點

宋國軍

【摘 ?要】交聯聚乙烯絕緣電纜因其生產制造技術成熟、安裝敷設簡易方便、絕緣性能優異、維護簡單且運行穩定可靠等優點，是目前電力系統中壓電纜選用最多、使用范圍較廣的動力電纜。與電纜本體相比，電纜終端/中間接頭制作缺陷占電纜事故的大多數，作者就工作中碰到的一期10kV交聯聚乙烯電纜熱縮終端接頭事故進行原因分析，進而提出中壓電纜在終端/中間接頭制作過程中的要點。

【關鍵詞】交聯電纜;終端故障;原因分析;

一、10kV交聯電纜終端故障及根本原因分析

事故描述：2018年3月凌晨，南區負荷中心執行電源切換過程中，在將母聯隔離手車由試驗位置搖至工作位置時出現零序保護動作，進線斷路器跳閘，運行人員經檢查發現母聯斷路器柜內電纜異響并冒煙。后查閱保護記錄發現進線柜接地保護動作電流為56.08A，計算故障電流為224.3A，大于零序整定值160A，0.32S，保護可靠動作。

電纜終端解剖及根本原因分析：經核實故障的10kV母線聯絡電纜為生產廠家整體供貨，型號為YJV-8.7/15kV-3*185mm2。經過對故障電纜終端的解剖檢查，發現電纜頭B相三支套末端1/3處絕緣擊穿約20mm孔洞，熱縮管燒毀近1/3，應力疏散管有明顯燒灼痕跡且肉眼可見導體，導體熔斷3股，判斷此處為擊穿故障點，詳見下述照片。

故障根本原因：事后將故障電纜終端整體解剖，發現電纜頭A、C相的銅屏蔽層只保留至絕緣三支套根部，半導體層只保留至絕緣三支套末端1/3處，銅屏蔽未與應力疏散管搭接，由此推斷B相也為相同情況。根據10kV交聯熱縮電纜頭制作的常規工藝，電纜終端頭要求應力疏散管與半導體層連接是至少滿足20mm長度的搭接，這是制作電纜終端最重要的步驟。應力疏散管未與半導電層搭接，在運行電壓作用下，電纜終端內電場分布不均勻，在電應力集中部位發生局部放電，進而產生此次絕緣擊穿。

二、常見電纜終端/中間接頭制作缺陷和故障原因分析

電纜終端/中間接頭故障已成為電纜運行中故障發生的典型部位，究其主要原因在于電纜終端/中間接頭的制作過程和安裝方法。（1）在電纜終端/中間接頭制作時，電纜外徑為不均勻，半導體層切斷處的電場強度集中，如果接頭應力錐安裝位置沒有嚴格按照圖紙安裝，其就會失去緩解電場畸變的作用，或者在切割過程中，在電纜主絕緣上留有刀痕或引入新的雜質，都會導致局部放電發生;（2）電纜終端/中間接頭具有多層復合絕緣結構，除了考慮界面壓力的影響，這種結構特點導致電纜附件在安裝制作過程中極易受到工人工作經驗和技術的影響，在電纜外半導電層撥開后，在清理過程中可能會引入新的雜質，或者由于電纜附件受到污穢，壓力強度不夠以及材料自身或長時間老化等問題都有可能使得電纜附件內電場發生變化，發生局部放電，研究表明因多層復合介質沿面放電原因導致接頭擊穿故障約占電纜附件故障總數的97%以上;（3）電纜線芯有金屬壓接管壓接后相連，可能會與內應力錐之間存在空氣氣隙、誤纏繞絕緣帶等造成電場畸變發生局部放電，壓接管壓接后沒有經過拋光打磨而出現尖端;

三、電纜終端/中間接頭制作的基本要求、電應力控制和制作要點

3.1、中壓電纜終端/中間接頭的基本要求

電纜終端/中間接頭應與電纜本體一樣能長期安全運行，并具有與電纜相同的使用壽命。良好的電纜終端/中間接頭應具有以下性能：

線芯聯接好：主要是聯接電阻小而且聯接穩定，能經受起故障電流的沖擊：長期運行后其接觸電阻不應大于電纜線芯本體同長度電阻的1.2倍;

絕緣性能好：電纜附件的絕緣性能應不低于電纜本體，所用絕緣材料的介質損耗要低，在結構上應對電纜附件中電場的突變能完善處理，有改變電場分布的措施;

再次，應具有一定的機械強度、耐振動、耐腐蝕性能;此外還應體積小、成本低、便于現場安裝。

3.2、中壓電纜及附件處的電場分布情況

交聯聚乙烯電纜每相線芯外均有一接地的銅屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。也就是說，正常電纜的電場只有從導體向屏蔽層的徑向電力線，沒有沿導體軸向的電力線，且分布是均勻的。而在電纜終端位置因剝去了屏蔽層，改變了電纜原有的電場分布，產生對絕緣極為不利的切向電場，即沿導線軸向的電力線。在剝去屏蔽層芯線的電力線向屏蔽層斷口處集中，導致在屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位。

要使電纜可靠運行，電纜頭制作中應力管非常重要，而應力管是在不破壞主絕緣層的基礎上，才能達到分散電應力的效果。為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場應力分散，應力管與銅屏蔽層的接觸長度要求不小于20mm，短了會使應力管的接觸面不足，進而應力管上的電力線會傳導不足，過長會使電場分散區（段）減小，電場分散不足。所以一般制作時控制在20～25mm左右。在做中間接頭時，必須把主絕緣層也剝去一部分，導體線芯用銅接管壓接后，用填料包平。

3.3、電纜附件除了要嚴格按照制作順序制作外，還有以下幾個制作要點值得注意。

1）電纜頭制作環境控制：施工現場條件一般較差，電纜接頭在制造時環境和工藝要求都很高，故要做好作業區域的溫度、濕度和灰塵的控制，一般環境溫度要求0℃以上，相對濕度70%以下，施工人員手要保持清潔干燥;

2）電纜終端在制作時，在絕緣表面難免會留下細小的滑痕，半導電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，因此在用砂紙從屏蔽層端口處向接線端子確保單方向打磨，并用專用紗布清潔絕緣表面;

3）務必選用質量和信譽較好的電力附件;應檢查附件是否完好，包裝內各材料數量是否和說明書一致，附件型號是否和要安裝的電纜配套，說明書和安裝示意圖是否對應;

4）切除電纜內襯物時，不要切斷電纜銅屏蔽層;

5）剝除電纜外半導電層時，下刀一定要輕，不要在電纜主絕緣處留下刀痕;

6）在制作終端頭時，如電纜絕緣端部與接線金具之間需包繞密封帶時，為保證密封效果，通常將絕緣端部削成錐體，以保證包繞的密封帶與絕緣能很好的粘合。絕緣端部必須削成錐體，同時必須將錐面用砂帶拋光，因為錐面的長度遠大于絕緣端部直角邊的長度，故而沿著錐面的切向場強遠小于絕緣直角邊的切向場強，沿錐面擊穿的可能性大大降低，從而提高了接頭的性能;

7）用電纜清潔紙清潔電纜主絕緣時，要從電纜端部向根部擦拭，不可來回擦拭;

8）安裝電纜附件前，在電纜主絕緣上要均勻涂抹硅脂膏，以填充界面的氣隙，消除電暈;

9）為了防止水汽沿接地線進入電纜終端，在外護層上要先用防水帶包2層，將接地線夾在中間，外面再包2層防水帶;

10）鋼帶接地線和線芯屏蔽接地線在電纜附件內不可有電氣上的連通，防止以后無法測試銅屏蔽層電阻和導體電阻比;

11）在銅屏蔽帶至外半導電層處繞2層半導電帶（搭接外半導電層≤2mm），以防止銅屏蔽層松散。

結束語

總之，10KV電纜的安全運行關系著電網系統的穩定，同時也關乎到企業的財產、以及員工的生命安全，所以做好電纜的安全防護是非常重要的，只有采取了有效預防和事故處理措施，才能避免類似事故的再次發生。

參考文獻：

[1]代俊杰.10KV電纜終端頭故障產生的原因分析及制作工藝要求[J].冶金設備，2017（S2）：382-385.

[2]采用OWTS檢測10kV交聯聚乙烯電纜本體主絕緣損傷[J].中國電力，2017（8）.

（作者單位：三門核電有限公司）