中壓電纜應力附件安裝工藝質量缺陷原因分析

楊宇峰，馬婷婷

(浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231)

0 引言

隨著我國經濟、科技的飛速發展，電力電纜因其線間距離小，占地面積小的優點，同時綜合考慮電力輸送通道、運行維護等因素，使得中壓電纜（6～35 kV）非常廣泛地應用于城市電網、企業配電、光伏及風力發電站、城市軌道交通、高鐵電力系統等領域。中壓電力電纜的廣泛應用使得電纜一旦發生事故，將會嚴重影響電力系統的正常運行，同時造成巨大的經濟損失和社會影響(直接損失∶間接損失∶社會損失為1∶4∶6)。因此，電纜的安全運行是電力系統運行安全和生產生活正常秩序的保障。電纜終端作為電纜絕緣設計的薄弱環節，其故障約占電纜故障的70 %，其中電纜終端應力附件工藝制作質量缺陷在電纜附件故障中占有很高的比重。因此，加強電纜終端應力附件工藝制作質量管控及過程管理，對防止電纜終端故障來說顯得非常重要［1-5］。

1 電纜終端電場分析

1.1 中壓電纜結構

中壓電纜(單芯、三芯)結構如圖1所示[6-7]。電力電纜在能量傳輸的過程中，芯線導體作為能量傳輸載體，其與大地之間具有較高的電位差，因此需要采用絕緣材料將其和大地之間進行絕緣。綜合考慮電場分布的均勻度、電能傳輸的可靠性、安全性等因素，電纜制造工藝上在絕緣層外部包繞一層金屬屏蔽層，絕緣層內外表面各敷一層半導電層以起到均勻電場分布的作用。在運行時，金屬屏蔽層可靠接地。因此從原理上說，在電纜內部，導體和金屬屏蔽層之間形成了一個較為均勻的面電場，電應力為徑向分布。

圖1 中壓電纜結構

1.2 中壓電纜終端電場分布分析

1.2.1 電纜終端不做任何處理時的電場分析

中壓電纜終端在和其他電氣設備連接時，采用在線芯導體上壓接金屬端子，用緊固件進行連接。

如果不對電纜終端的線芯導體和金屬屏蔽層之間進行任何工藝處理，那么在終端表面位置，導體和屏蔽層之間的電場分布不再和電纜內部一致，其在空氣介質中的分布可以看作為極不均勻電場［7］。在電纜終端表面，空氣的絕緣強度遠低于電纜絕緣材料(主要為XLEP，ERP)，且電纜終端表面不平滑、雜質殘留更加增強了表面電場的不均勻度，容易導致電場畸變，降低擊穿場強。因此電纜終端表面位置在很低的電壓下就會引起導體和屏蔽層之間的絕緣擊穿[7］。所以，不對電纜終端進行工藝處理，就無法安全可靠的進行電能傳輸。

1.2.2 電纜終端進行處理后的電場分析

為了能保證電能持續安全地輸送，在電纜終端搭接處，需要對電纜終端進行加強絕緣強度的工藝處理。其最直接的做法就是將金屬屏蔽層和絕緣表面的半導電層剝除一部分，增大芯線導體和金屬屏蔽層(半導電層)之間的距離，從而加強它們之間的絕緣強度。

在進行電纜金屬屏蔽層(半導電層)剝除處理后，其電場分布(無應力錐)如圖2所示。

圖2 電纜終端電場分布(無應力錐)

由圖2可知，在屏蔽層隔斷處，出現電場應力集中現象，其分布特點為：有強軸向分量的極不均勻電場。在電纜內部，電場基本按照徑向均勻分布，在電纜終端，電場嚴重畸變是由軸向分量引起的。軸向分量引起的屏蔽層(半導電層)割斷處的應力集中會導致絕緣表面電場畸變，降低絕緣耐電強度，容易引起局部放電。經過時間的累積，嚴重時導致電纜擊穿，引發電纜終端事故[1，8]。

為了降低屏蔽層(半導電層)割斷處場強的嚴重集中，分散應力分布，降低電纜軸向場強分布，防止電纜事故發生，在中壓電纜終端工藝處理中通常采用裝設應力管或應力錐的方式[1，8］。

對于中壓電纜，主要采用冷縮頭和熱縮頭的工藝方式，隨著技術發展，冷縮頭因其制作工藝的簡單、絕緣性能良好已占據市場主流。冷縮頭主要采用應力錐方式降低屏蔽層(半導電層)斷口處的應力集中問題。在屏蔽層(半導電層)增加應力錐后，電纜終端電場分布如圖3所示。由圖可知，應力錐的存在，降低了電纜終端極不均勻電場中的軸向分量，增加了徑向分量。使電纜在終端的電場分布趨于均勻，降低場強集中的作用還是很明顯的［1,8］。根據相關研究，對于10 kV電纜，在外半導電層切斷處，無應力管時最大場強為74.5 kV/cm，有應力管時最大場強為31.3 kV/cm,未達到無應力管時最大場強的1/2[1］。

圖3 電纜終端電場分布(有應力錐)

由以上分析可知，冷縮電纜終端安裝質量的可靠性是保障電力電纜安全運行的保障，尤其應力錐(管)的工藝安裝的質量對電纜事故的形成與否有著至關重要的決定性作用。

實際工作中就出現過某變電站35 kV電纜終端應力錐安裝不合格的情況。近年也發生過兩起35 kV電纜冷縮終端因應力錐安裝工藝不合格所造成的電纜終端擊穿事故。

2 電纜應力錐安裝工藝質量缺陷原因分析

2.1 分析的必要性

電纜終端的安裝是一個比較復雜的技術工作，尤其對于有著非常重要作用的應力附件來說，安裝質量需要嚴格按照廠家技術要求和工藝規定的技術方法進行施工才能得到保證，否則將會造成缺陷隱患，進而造成電纜運行過程中的突發事故。如引言中所述，在目前中壓電纜在城市電網、交通、發電領域極為廣泛的應用環境下，事故造成的嚴重社會后果、經濟后果、安全后果是不言而喻的。

對電纜終端應力錐工藝質量不合格原因進行分析和判斷，從而找到切實可行的改進措施以加強質量保障，將會有效降低終端事故率，保障電網運行安全和社會生產生活秩序。

2.2 缺陷原因分析及防范措施

電纜終端的制作工序，屬于隱蔽性工序作業范疇，電纜終端制作完成后，無法直觀看出其工藝質量是否符合技術規范要求。除去電纜及電纜終端本身質量缺陷，單從應力錐工藝安裝不合格造成質量缺陷方面分析其原因，提出有效規避的方法［2-3］。

(1) 制作人員技術及職業素養因素及防范措施。目前，電纜終端制作的整個過程是由人工作業完成。因此，技術人員的技術能力及職業素養直接決定電纜終端的制作質量。電纜終端的制作是一項技術要求比較高的工作，因此，進行電纜終端制作的人員應該經過專業技能培訓并持證上崗(應急管理部主管的特種作業證書：電力電纜證書)，取得證書后還需要在經驗豐富人員的指導下進行一定的實踐鍛煉，同時進行技術考核及職業素養考核合格后方可進行獨立作業。

(2) 施工企業管理因素及防范措施。隨著多年電力工程市場改革的推進，電力民營企業也在蓬勃發展。與此同時，隨著電網系統一線施工用工方式的改變、社會電力施工市場的深刻變革，也造成了電力施工市場主體技術和管理的良莠不齊。有些企業在追求利益的同時，不重視企業技術人員的培訓和施工工序質量管理，是造成電纜終端應力錐制作質量缺陷的很重要的原因。因此，施工企業應本著企業可持續發展的理念，加強技術人員的培訓、培養以及嚴格施工工序的質量管理，提高施工質量，履行社會責任，贏得市場口碑。

(3) 業主監管因素及防范措施。電纜終端應力錐安裝質量作為容易造成事故的一個重要環節、一個重要的隱蔽性工序，在業主方監管工作上應該得到足夠地位的重視。根據多年的從業經歷發現，有些代表業主方的監理公司及業主方的管理人員對電纜終端制作過程的監督管理并不重視。為了防止因制作工藝質量不合格引起電纜事故，在電纜制作時，作為監管方，首先應認真核實制作人員的從業資格證書及技術能力；其次在制作過程中應嚴格執行隱蔽工程的監督管理程序。業主方的嚴格監管，對于制作質量的提升會有事半功倍的效果。

(4) 電纜運行后的監控管理。電纜終端應力錐的制作缺陷一般會有一個時段的發展過程，常常會以熱擊穿的方式表現出來。應力錐安裝的缺陷引起的強電場畸變的未改善，會引發終端電場嚴重畸變處電導電流增加，或者在局部放電作用下引發介質損耗發熱，介質在熱的長期作用下絕緣劣化，最終導致絕緣擊穿。因為絕緣劣化有一個發展過程，同時會伴隨發熱現象，因此在電纜投入運行后，運行人員可以通過熱成像設備加強對電纜終端的巡檢監控。如果條件具備，可對重要電纜終端安裝在線監測裝置，對其發熱情況進行實時監控。如有異常可以提早發現，避免事故發生。

3 結束語

以上通過中壓電纜終端電場分布情況的分析可知，在電纜終端制作過程中，應力錐(管)安裝工藝不良是造成電纜投運后終端事故的直接原因。由于中壓電纜在電力系統中不同領域行業廣泛應用，它已與人們的生產生活緊密相連、息息相關。終端事故的發生將會嚴重影響人們的生產生活以及社會的秩序，甚至威脅到生命安全。因此在電力電纜終端制作過程中，無論是施工方還是業主方都需要從人的因素方面和管理方面層層把關，提升關注度和管理度，做到防患未然。