冷縮電纜終端頭故障原因和防范措施

陳悅?cè)A

摘 要：某變電站發(fā)生了一起電力電纜終端頭因?yàn)橹谱鞴に嚥涣级鸾^緣擊穿故障。本文主要從故障現(xiàn)象進(jìn)行剖析，分析故障產(chǎn)生的原因，重點(diǎn)加強(qiáng)施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的對(duì)策，完善電力電纜終端頭的制作工藝。

關(guān)鍵詞：電纜終端;故障分析;防范措施

1 事故經(jīng)過(guò)

某日，110kV幺木變電站35kV幺椿線(xiàn)瞬時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作，重合閘不成功。故障選相A相，故障電流Ia=39.82A。

供電公司隨即派出運(yùn)維人員對(duì)110kV幺木變電站35kV幺椿線(xiàn)間隔進(jìn)行巡視。同時(shí)派出線(xiàn)路運(yùn)檢人員對(duì)架空線(xiàn)路進(jìn)行巡視。運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)35kV幺椿線(xiàn)354開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)電纜A相電纜已經(jīng)擊穿。出線(xiàn)避雷器B、C相被放電弧光燒傷。

隨即負(fù)責(zé)巡視架空線(xiàn)路的人員反饋，架空線(xiàn)路未發(fā)現(xiàn)架空線(xiàn)接地或短路現(xiàn)象。根據(jù)各組巡視結(jié)果，初步判斷35kV幺椿線(xiàn)跳閘原因?yàn)?5kV幺椿線(xiàn)354開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)電纜A相電纜擊穿放電引起。

供電公司制定了如下方案：1、準(zhǔn)備對(duì)幺椿線(xiàn)354開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)電纜終端重新制作。并對(duì)幺椿線(xiàn)354開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備、出線(xiàn)電纜及重新制作的電纜終端進(jìn)行試驗(yàn)。

當(dāng)日完成了35kV幺椿線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)電纜頭制作及試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。線(xiàn)路恢復(fù)供電。運(yùn)行人員加強(qiáng)巡視，運(yùn)行正常。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查及原因分析

35kV幺椿線(xiàn)于2016年8月16日投入運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間不足一年。通過(guò)對(duì)故障電纜終端頭檢查、分析發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）A相電纜絕緣層在制作過(guò)程中嚴(yán)重受損，主絕緣層表面有劃傷痕跡。B、

C相主絕緣表面也存在不同程度的劃傷痕跡。

（2）A、B、C三相的半導(dǎo)體層與主絕緣之間沒(méi)有做平滑過(guò)渡。未按安裝說(shuō)明書(shū)在銅屏蔽與半導(dǎo)體之間纏繞半導(dǎo)體帶。銅屏蔽層有較多的尖角毛刺。

（3）A、B、C三相半導(dǎo)體層、銅屏蔽層未按安裝說(shuō)明書(shū)的尺寸留至雨裙終端處，導(dǎo)致雨裙終端內(nèi)的應(yīng)力管沒(méi)有將半導(dǎo)體層、銅屏蔽層包裹。而是包裹在主絕緣上。致使應(yīng)力管沒(méi)有起到均勻電場(chǎng)的作用。

3 原因分析

冷縮電纜終端頭是利用彈性體材料在工廠(chǎng)內(nèi)注射硫化成型，再經(jīng)擴(kuò)徑、襯以塑料螺旋支撐物構(gòu)成各種電纜附件的部件。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，將這些預(yù)擴(kuò)張件套在經(jīng)過(guò)處理后的電纜末端或接頭處，抽出內(nèi)部支撐 的塑料螺旋條（支撐物），壓緊在電纜絕緣上而構(gòu)成的電纜附件。因?yàn)樗窃诔叵驴繌椥曰乜s力，而不是像熱收縮電纜 附件要用火加熱收縮，故俗稱(chēng)冷收縮電纜附件。早期的冷收 縮電纜終端頭只是附加絕緣采用硅橡膠冷縮部件，電場(chǎng)處理 仍采用應(yīng)力錐型式或應(yīng)力帶繞包式。 現(xiàn)在普遍都采用冷收縮應(yīng)力控制管，電壓等級(jí)從 10KV 到 35KV。三芯電纜終端分叉處采用冷收縮分支套。 冷縮電纜終端頭具有體積小、操作方便、迅速、無(wú)需專(zhuān) 用工具、適用范圍寬和產(chǎn)品規(guī)格少等優(yōu)點(diǎn)。與熱收縮式電纜 附件相比，不需用火加熱，且在安裝以后挪動(dòng)或彎曲不會(huì)像熱收縮式電纜附件那樣出現(xiàn)附件內(nèi)部層間脫開(kāi)的危險(xiǎn)。與預(yù)制式電纜附件相比， 雖然都是靠彈性壓緊力來(lái)保證內(nèi)部界面特性，但是它不像預(yù)制式電纜附件那樣與電纜截面一一對(duì)應(yīng)，規(guī)格多。必須指出的是，在安裝到電纜上之前，預(yù)制式電纜附件的部件是沒(méi)有張力的，而冷縮電纜終端頭是處于高張力狀態(tài)下，因此必須保證在貯存期內(nèi)，冷收縮式部件不應(yīng)有明顯的永久變形或彈性應(yīng)力松弛，否則安裝在電纜上以后不能保證有足夠的彈性壓緊力。

高壓電纜終端頭的絕緣是整根電纜的軟肋，從系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的電纜故障情況來(lái)看，除外力破壞外，大多數(shù)電纜故障都是發(fā)生在終端頭電纜屏蔽層斷口處。由圖可見(jiàn)電纜終端頭擊穿故障點(diǎn)出現(xiàn)在銅屏蔽層半導(dǎo)體層斷口附近，該斷口處的電場(chǎng)畸變最嚴(yán)重， 擊穿后主絕緣材料流失，銅屏蔽至半導(dǎo)體層之間剝切口的線(xiàn)芯已經(jīng)部分裸露。

金屬屏蔽斷開(kāi)處是電場(chǎng)畸變最嚴(yán)重的地方，產(chǎn)生電場(chǎng)畸變的原因：屏蔽的切斷處是電纜接頭薄弱的環(huán)節(jié)，容易造成電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)大;另外，變電站的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，導(dǎo)致灰塵、氣體等雜質(zhì)不可避免地侵入半導(dǎo)體層與主絕緣表面結(jié)合處， 這些雜質(zhì)、氣隙、尖角毛刺、主絕緣表面有劃痕不平滑等的存在造成固體絕緣介質(zhì)沿面放電。因此，導(dǎo)致冷縮電纜終端頭絕緣被擊穿，在電纜制作工藝方面主要有以下幾點(diǎn)：

（1）進(jìn)行護(hù)套剝切時(shí)，銅屏蔽層被劃傷，或是剝切銅屏蔽時(shí)，斷口成不規(guī)則圓口，用力不當(dāng)，劃傷半導(dǎo)體層，產(chǎn)生氣隙，增加了斷口處電場(chǎng)的強(qiáng)度，產(chǎn)生放電。

（2）在剝切電纜半導(dǎo)體層的過(guò)程中，由于用力不當(dāng)，劃傷主絕緣層表面，銅屏蔽和半導(dǎo)體層的斷開(kāi)處處理不到位（半導(dǎo)體層與主絕緣之間沒(méi)有做平滑過(guò)渡。未按安裝說(shuō)明書(shū)在銅屏蔽與半導(dǎo)體之間纏繞半導(dǎo)體帶）。

（3）剝切電纜半導(dǎo)體屏蔽層之后處理不到位，主絕緣層上有半導(dǎo)體殘留，或沒(méi)有用硅脂對(duì)主絕緣及銅屏蔽斷口處進(jìn)行 填充處理。

（4）應(yīng)力管與絕緣屏蔽在安裝時(shí)搭接少于20mm。在運(yùn)行中，由于交聯(lián)電纜內(nèi)應(yīng)力處理不良產(chǎn)生較大收縮，出現(xiàn)氣隙。 雜質(zhì)和氣隙以及水分對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的影響非常大，并且其耐局部放電性能比較差。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜存在的缺陷處容易形成局部電場(chǎng)集中，導(dǎo)致局部放電。另外，運(yùn)行中彎曲變形、冷熱作用等，導(dǎo)致金屬屏蔽層與絕緣層之間產(chǎn)生氣隙，氣隙的局部放電，使得絕緣老化加快發(fā)生絕緣電擊穿或熱擊穿; 同時(shí)如果金屬屏蔽斷口處的尖角毛刺處理不徹底，出現(xiàn)集中的高強(qiáng)電場(chǎng)，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)出現(xiàn)裂紋并產(chǎn)生放電，引發(fā)局部放電。

綜上所述，嚴(yán)格遵循工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電纜終端頭制作，尤其是在剝切電纜的過(guò)程中，把握持刀的力度顯得尤為重要，需要技術(shù)工人精心操作，如達(dá)不到要求必須返工制作，把好質(zhì)量的驗(yàn)收關(guān)。

4 防范對(duì)策建議

冷縮電纜終端頭制作中，多因施工人員責(zé)任心不強(qiáng)或是技術(shù)工藝了解不夠，導(dǎo)致電纜終端頭在運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)局部放電或電樹(shù)枝放電，最后造成故障發(fā)生，現(xiàn)提出以下防范對(duì)策和注意事項(xiàng)：

（1）選擇科學(xué)合理的環(huán)境，應(yīng)避免夜間、雨天、霧天、高溫情況及空氣污染物含量較高的情況下制作，環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)在70%及以下。制作電纜終端頭過(guò)程中保持清潔。剝切電纜后及時(shí)處理，因?yàn)樵诳諝庵斜┞兜臅r(shí)間越長(zhǎng)，被雜質(zhì)侵襲的可能性就越大，最終危害到電纜終端頭的質(zhì)量。

（2）嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)的技術(shù)規(guī)范，附件的尺寸與電纜尺寸配合要符合規(guī)定的要求，進(jìn)行制作時(shí)控制好電纜剝切力度和尺寸，外層剝除時(shí)不能弄傷內(nèi)層的材質(zhì)。

（3）銅屏蔽層剝切時(shí)，通過(guò)扎帶進(jìn)行固定，避免斷口處出現(xiàn)尖角或毛刺，對(duì)半導(dǎo)體層斷面的處理要到位，確保平整和光滑，并且向絕緣層的過(guò)渡保證光滑。

（4）剝切完電纜絕緣層后，對(duì)主絕緣層表面通過(guò)細(xì)砂紙進(jìn)行認(rèn)真打磨，保證主絕緣層表面光滑無(wú)刀痕、雜質(zhì)，不存在半導(dǎo)體殘點(diǎn)。采用清洗溶劑從線(xiàn)芯向半導(dǎo)體層方向?qū)^緣層表面進(jìn)行清洗，清洗主絕緣層表面時(shí)嚴(yán)禁使用接觸過(guò)半導(dǎo)體屏蔽層的清洗紙。采用砂紙打磨后，殘留的雜質(zhì)如果清除不干凈、不徹底也會(huì)導(dǎo)致放電，所以對(duì)電纜絕緣半導(dǎo)體層斷口用硅脂進(jìn)行填充排除內(nèi)部氣體，然后按照廠(chǎng)家說(shuō)明書(shū)的工序逐步進(jìn)行制作。

（5）成立電力電纜終端制作項(xiàng)目工作小組，確定工作小組負(fù)責(zé)人，隨時(shí)對(duì)每一個(gè)步驟、每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查、質(zhì)量驗(yàn)證，建立相互監(jiān)督、檢查機(jī)制。

（6）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜終端頭的巡視檢查，尤其是三叉口處的灰塵要及時(shí)清除，防患于未然。