冷縮電纜終端頭故障原因和防范措施

陳悅華

摘 要：某變電站發生了一起電力電纜終端頭因為制作工藝不良而引起絕緣擊穿故障。本文主要從故障現象進行剖析，分析故障產生的原因，重點加強施工關鍵環節質量控制的對策，完善電力電纜終端頭的制作工藝。

關鍵詞：電纜終端;故障分析;防范措施

1 事故經過

某日，110kV幺木變電站35kV幺椿線瞬時速斷保護動作，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維人員對110kV幺木變電站35kV幺椿線間隔進行巡視。同時派出線路運檢人員對架空線路進行巡視。運維人員在現場發現35kV幺椿線354開關柜出線電纜A相電纜已經擊穿。出線避雷器B、C相被放電弧光燒傷。

隨即負責巡視架空線路的人員反饋，架空線路未發現架空線接地或短路現象。根據各組巡視結果，初步判斷35kV幺椿線跳閘原因為35kV幺椿線354開關柜出線電纜A相電纜擊穿放電引起。

供電公司制定了如下方案：1、準備對幺椿線354開關柜出線電纜終端重新制作。并對幺椿線354開關柜內設備、出線電纜及重新制作的電纜終端進行試驗。

當日完成了35kV幺椿線開關柜出線電纜頭制作及試驗，試驗合格。線路恢復供電。運行人員加強巡視，運行正常。

2 現場檢查及原因分析

35kV幺椿線于2016年8月16日投入運行，運行時間不足一年。通過對故障電纜終端頭檢查、分析發現以下問題：

（1）A相電纜絕緣層在制作過程中嚴重受損，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三相的半導體層與主絕緣之間沒有做平滑過渡。未按安裝說明書在銅屏蔽與半導體之間纏繞半導體帶。銅屏蔽層有較多的尖角毛刺。

（3）A、B、C三相半導體層、銅屏蔽層未按安裝說明書的尺寸留至雨裙終端處，導致雨裙終端內的應力管沒有將半導體層、銅屏蔽層包裹。而是包裹在主絕緣上。致使應力管沒有起到均勻電場的作用。

3 原因分析

冷縮電纜終端頭是利用彈性體材料在工廠內注射硫化成型，再經擴徑、襯以塑料螺旋支撐物構成各種電纜附件的部件。現場安裝時，將這些預擴張件套在經過處理后的電纜末端或接頭處，抽出內部支撐 的塑料螺旋條（支撐物），壓緊在電纜絕緣上而構成的電纜附件。因為它是在常溫下靠彈性回縮力，而不是像熱收縮電纜 附件要用火加熱收縮，故俗稱冷收縮電纜附件。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，電場處理 仍采用應力錐型式或應力帶繞包式。 現在普遍都采用冷收縮應力控制管，電壓等級從 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、無需專 用工具、適用范圍寬和產品規格少等優點。與熱收縮式電纜 附件相比，不需用火加熱，且在安裝以后挪動或彎曲不會像熱收縮式電纜附件那樣出現附件內部層間脫開的危險。與預制式電纜附件相比， 雖然都是靠彈性壓緊力來保證內部界面特性，但是它不像預制式電纜附件那樣與電纜截面一一對應，規格多。必須指出的是，在安裝到電纜上之前，預制式電纜附件的部件是沒有張力的，而冷縮電纜終端頭是處于高張力狀態下，因此必須保證在貯存期內，冷收縮式部件不應有明顯的永久變形或彈性應力松弛，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，從系統內發生的電纜故障情況來看，除外力破壞外，大多數電纜故障都是發生在終端頭電纜屏蔽層斷口處。由圖可見電纜終端頭擊穿故障點出現在銅屏蔽層半導體層斷口附近，該斷口處的電場畸變最嚴重， 擊穿后主絕緣材料流失，銅屏蔽至半導體層之間剝切口的線芯已經部分裸露。

金屬屏蔽斷開處是電場畸變最嚴重的地方，產生電場畸變的原因：屏蔽的切斷處是電纜接頭薄弱的環節，容易造成電場強度過大;另外，變電站的運行環境比較惡劣，導致灰塵、氣體等雜質不可避免地侵入半導體層與主絕緣表面結合處， 這些雜質、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沿面放電。因此，導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：

（1）進行護套剝切時，銅屏蔽層被劃傷，或是剝切銅屏蔽時，斷口成不規則圓口，用力不當，劃傷半導體層，產生氣隙，增加了斷口處電場的強度，產生放電。

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

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

（4）應力管與絕緣屏蔽在安裝時搭接少于20mm。在運行中，由于交聯電纜內應力處理不良產生較大收縮，出現氣隙。 雜質和氣隙以及水分對交聯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。交聯聚乙烯絕緣電纜存在的缺陷處容易形成局部電場集中，導致局部放電。另外，運行中彎曲變形、冷熱作用等，導致金屬屏蔽層與絕緣層之間產生氣隙，氣隙的局部放電，使得絕緣老化加快發生絕緣電擊穿或熱擊穿; 同時如果金屬屏蔽斷口處的尖角毛刺處理不徹底，出現集中的高強電場，導致絕緣介質出現裂紋并產生放電，引發局部放電。

綜上所述，嚴格遵循工藝標準進行電纜終端頭制作，尤其是在剝切電纜的過程中，把握持刀的力度顯得尤為重要，需要技術工人精心操作，如達不到要求必須返工制作，把好質量的驗收關。

4 防范對策建議

冷縮電纜終端頭制作中，多因施工人員責任心不強或是技術工藝了解不夠，導致電纜終端頭在運行一段時間后，出現局部放電或電樹枝放電，最后造成故障發生，現提出以下防范對策和注意事項：

（1）選擇科學合理的環境，應避免夜間、雨天、霧天、高溫情況及空氣污染物含量較高的情況下制作，環境相對濕度應在70%及以下。制作電纜終端頭過程中保持清潔。剝切電纜后及時處理，因為在空氣中暴露的時間越長，被雜質侵襲的可能性就越大，最終危害到電纜終端頭的質量。

（2）嚴格按照說明書的技術規范，附件的尺寸與電纜尺寸配合要符合規定的要求，進行制作時控制好電纜剝切力度和尺寸，外層剝除時不能弄傷內層的材質。

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

（4）剝切完電纜絕緣層后，對主絕緣層表面通過細砂紙進行認真打磨，保證主絕緣層表面光滑無刀痕、雜質，不存在半導體殘點。采用清洗溶劑從線芯向半導體層方向對絕緣層表面進行清洗，清洗主絕緣層表面時嚴禁使用接觸過半導體屏蔽層的清洗紙。采用砂紙打磨后，殘留的雜質如果清除不干凈、不徹底也會導致放電，所以對電纜絕緣半導體層斷口用硅脂進行填充排除內部氣體，然后按照廠家說明書的工序逐步進行制作。

（5）成立電力電纜終端制作項目工作小組，確定工作小組負責人，隨時對每一個步驟、每一個環節進行檢查、質量驗證，建立相互監督、檢查機制。

（6）應加強對電纜終端頭的巡視檢查，尤其是三叉口處的灰塵要及時清除，防患于未然。