35kV冷縮電纜終端頭絕緣擊穿原因分析及對策

林 鷺，伍俊霖，馬金濤

（成都地鐵運營有限公司，1.助理工程師；2.工程師；3.工程師；四川 成都，610041）

1 引言

目前國內供電系統行業電纜終端頭制作方法包括冷縮和熱縮兩種形式，而冷縮電纜終端頭因具有結構緊湊、安裝方便且安全等優點，受到很多電力公司的和城市軌道交通供電企業歡迎。但在實際生產過程中因電纜終端頭制作工藝不達標引發電纜故障的問題時有發生，提高電纜終端頭制作質量緊迫而必要。本文結合成都地鐵7 號線35 kV 環網電纜冷縮電纜終端頭絕緣擊穿故障案例分析，論述制作冷縮電纜頭應當把握的關鍵環節及在新線施工中工藝質量卡控的重點，旨在拋磚引玉，引發同行集思廣益，形成更多更好提升電纜終端頭制作質量和使用壽命的思路和方法。

2 故障案例介紹

2018 年1 月2 日21 時22 分20 秒，成都地鐵7 號線八里莊站牽混所111 配電變斷路器電流速斷跳閘；所內400 V 開關柜一二級負荷短時切換，三級負荷跳閘。

故障發生后，供電專業應急處理人員迅速到達現場進行處置，根據保護裝置故障錄波波形和保護裝置設定整定值（表1）可以看出，本次故障動作時刻B相最大電流達到519 A，滿足電流速斷保護啟動條件，屬于正常保護動作。

表1 八里莊111斷路器7SJ686裝置定值設定

通過設備外觀檢查，發現所內配電變壓器Tp1本體3 5kV 側B 相電纜終端頭有灼燒、放電拉弧痕跡（見圖1）。拆除高壓側電纜，將401斷路器搖至隔離位后對變壓器進行絕緣電阻及直流電阻測試，通過對測試數據（表2）進行分析判斷，確認變壓器本體無異常，初步判斷跳閘原因為配電變壓器35 kV側B相電纜終端頭擊穿造成短路電流動作。

圖1 八里莊配電變TP1-B相故障電纜

表2 八里莊配電變TP1直阻測試數據

3 故障現象及原因分析

3.1 現象解析對故障冷縮電纜終端接頭進行解剖后發現：（1）電纜絕緣層距半導電層約10cm 處被擊穿，擊穿孔洞半徑約2mm，如圖5所示：（2）冷縮頭內部有明顯有放電、碳化現象。

圖2 絕緣層擊穿

圖3 冷縮頭碳化

3.2 原因分析及探討通過對解剖的故障電纜實物進行分析，認定終端頭半導電應力錐表面被絕緣冷縮管覆蓋、電纜外半導電層與終端半導電應力錐不能有效接觸是導致本次電纜故障的直接原因。

因故障電纜應力錐不能起到分散電纜屏蔽端口處集中的電荷量，當過渡處積聚有過量電荷后，內部電場不均勻，過量電荷不能及時得到釋放，絕緣部件老化，最終引發電纜絕緣發生擊穿的現象。經事故調查會的討論分析，故障冷縮電纜終端頭在制作安裝過程中，因工藝尺寸把控不到位，絕緣冷縮管出現移位(見圖4)，造成了絕緣冷縮管覆蓋半導電應力錐表面的情況。

圖4 故障終端剖面示意圖

4 終端頭結構及制作工藝關鍵點

4.1 35kV 交流電纜結構介紹35 kV 交流電力電纜結構（見圖5）從內至外分別由導體線芯、主絕緣層、半導電層、銅屏蔽層、內護套層、鎧裝層及外護套層等七個部分組成。其中導體線芯用于輸送電能，是電力電纜的主要部分；主絕緣層將線芯與大地在電氣上彼此隔離，保證電能輸送；在主絕緣層外、銅屏蔽層內的黑色部分為半導電層，其作用是為了消除銅屏蔽層內表面不平整而導致的電場不均；銅屏蔽層使電纜導體部分的電場呈徑向均勻分布，避免電場沿軸分布，進而增加電纜運行壽命；護套及鎧裝層保護電力電纜免受外界雜質和水分的侵入，以及防止外力直接損壞電力電纜。

圖5 交流35kV電纜結構圖

4.2 交流電纜終端頭工藝關鍵點35 kV中壓環網電纜每一相線芯外均有一層接地的銅屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的均勻電場。在制作電纜終端頭時，需剝去屏蔽層，改變電纜原有的電場分布，同時對絕緣也將帶來極為不利的切向電場。因此對電纜終端應力控制的好壞，直接決定電纜終端接頭局部放電發生的幾率。

為降低電纜終端頭的故障率，提高電纜使用壽命，根據既往故障共性成因提示，需要特別注意把控好終端頭制作過程中的重點環節，具體而言就是要注重以下幾個重要階段的質量卡控：

1）冷縮電纜終端接頭制作前，要認真核對電纜附件與電纜的匹配性，保證其有足夠的握緊力，使界面接觸緊密，沒有氣隙。

2）冷縮電纜終端接頭在制作過程中，要嚴格按照安裝使用說明書的要求，嚴格保證冷縮終端的安裝基準，使應力錐與銅屏蔽層、半導電層、主絕緣層三部分均有效接觸，從而保證應力錐能夠緩解集中電場應力線，改善絕緣屏蔽層電場分布，降低電暈產生的可能性，減少絕緣破壞。

3）電纜頭主絕緣剖切后，打磨主絕緣時要用最大120 目且不含金屬的砂布將主絕緣上的劃痕及殘留的半導電顆粒全部磨去，再用240目或300目的砂布把主絕緣打磨光滑，最后用砂布背面將主絕緣進一步拋光，保證主絕緣表面無劃痕，無明顯坑洼不平現象。清洗絕緣層必須使用清洗溶劑，切勿使之碰到外半導電層。

4）在與電纜絕緣交界的外半導電層切口處應刮削出倒角，保證平滑過渡，無明顯臺階；切除頂部絕緣露出線芯后，在主絕緣的端部應做2×45°的倒角，防止尖端放電導致電纜終端擊穿。

5）為增強絕緣性能，應在半導電屏蔽層口與主絕緣搭接處，涂抹上硅脂，并將剩余的硅脂涂于主絕緣表面，防止電暈釋放。

6）接地線安裝時，確保第一條接地線固定在鎧裝上，第二條接地線固定在銅屏蔽根部，使第二條接地線位置與第一條相背。

7）裝上接線端子并對稱壓接后，銼平打光接線端子表面的毛刺，消除棱角和尖端，并注意金屬粉屑不得殘留到絕緣層表面上。

8）用絕緣膠帶填滿接線端子與絕緣之間的空隙，重疊繞包絕緣膠帶，從終端上部繞包至接線端子上大部分。繞包后外徑不小于電纜主絕緣外徑，起到防止水分、氣體、灰塵侵入的作用。

5 新線施工電纜頭制作質量卡控

電纜終端頭是電纜最薄弱的環節之一，為降低后期設備運行故障率，應從下面幾個方面嚴把電纜終端制作質量關：

1）新線籌備時期，電纜供應商、電纜附件供應商與變電專業設計人員做好對接，對相應參數進行合理選擇，嚴格保證電纜附件與電纜的匹配性。

2）電纜供應商在電纜生產的過程中，嚴格按照設計聯絡會議要求從電纜結構、標稱參數等進行卡控，避免出現絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不夠均勻、電纜結構錯位等問題，導致后期電纜終端頭的制作工藝出現偏差。

3）電纜終端頭制作安裝是一項專業技術工作，設計單位、電纜供應商及電纜附件供應商要對施工單位進行充分技術交底，明確技術標準及電纜終端頭制作工藝。

4）為確保施工質量，在安裝電纜終端頭的過程中，制作人員應嚴格按照廠家提供說明書要求進行制作，堅決杜絕憑既往制作經驗或主觀隨意蠻干問題。在安裝過程中發現的問題要加以分析并反饋至相關單位，一旦發現質量問題，應立即停止制作安裝，與廠家技術人員溝通交流后采用電纜終端頭制作工藝的正確方法。

5）施工單位要切實加強電纜終端頭在生產制作過程中的質量監督和管理，避免出現電纜進水或其他雜質進入，造成局部放電、擊穿問題，影響電纜終端頭壽命。

6）運營公司供電專業人員應全程參與電纜及電纜附件設計聯絡會、出廠驗收等工作，嚴格控制電纜終端頭進場質量，努力增大后續設備運行安全性可靠性系數。要加強過程控制，從電纜終端制作安裝之時，就要設立專項跟崗小組，全面做好跟崗工作，嚴格控制終端制作安裝質量。此外，還要注意總結日常運營維護經驗，廣泛征集提升電纜終端頭制作、使用、養護意見和建議，營造重質量、保安全、創效益的企業氛圍。

6 結語

本文結合成都地鐵7號線八里莊牽混所1#配電變35kV冷縮電纜終端頭絕緣擊穿故障案例，分析其故障原因，總結了電纜終端制作的工藝關鍵環節，同時提出了新線籌備階段嚴控電纜終端制作質量的要點，旨在降低日常線路運營中電纜的故障發生率，延長電纜終端頭的使用壽命，保障地鐵線路運營期間供電系統設備運維的穩定可靠。