淺談電力電纜頭故障原因及防范措施

廣東電網有限責任公司茂名茂南供電局高山供電所 李 杰

隨著經濟的發展和城市化進程的加速，電力建設進程相應也加快，用電負荷不斷上升，分布愈加密集。高壓電力傳輸有以下兩種方式：架空線路和地下電纜，為了解決城市建設和電力建設的矛盾，地下電纜敷設方式逐漸得到了廣泛的應用。然而電纜頭作為電纜線路中脆弱的一環，電纜頭故障在電纜故障中占有一定比例，嚴重影響了電力系統的安全、可靠、穩定運行。由于電纜頭制作工藝不同以及電纜運行環境不一，造成故障的原因多樣，通過對電纜頭故障進行原因分析，提出有效的防范措施，對電纜線路的安全穩定運行具有積極意義。

1 電纜頭的故障原因分析

常見電纜頭故障原因主要來自電纜的運行環境、電纜頭制作工藝、電纜材料質量等，下文對電纜頭故障的各種原因進行詳細分析。

絕緣受潮。由于電纜頭的制作破壞了電纜原有的良好密封結構，容易被水分子有機可乘。電纜頭絕緣受潮引起絕緣強度降低，會導致電纜在運行中負載能力下降，局部過熱、起泡、放電等現象，絕緣介質間隙發生的局部放電能緩慢地擴散，經無數次放電，炭化的樹枝狀導電通道會越來越多，待水分在各絕緣層間隙縱向滲透時，會發生電纜絕緣擊穿破壞。電纜頭受潮后，在電場的作用下，會產生水樹枝老化現象，加速電纜頭絕緣的老化，降低電纜的使用壽命[1]。

連接處壓力不足。電纜與設備連接或者電纜拼接的過程中，無論是電纜終端頭還是電纜中間頭，均會在連接處產生接觸電阻。接觸電阻主要受接觸件材料、正壓力、接觸面積、接觸面的清潔程度等的影響。電纜終端與外部設備連接時，如果連接處固定不牢靠，會導致連接松動、變形，增大接觸電阻，發熱大于散熱導致故障；電纜中間頭制作時，如果壓接機壓力不足，或是壓接空隙過大，則會導致連接壓力不夠，從而降低連接處的質量，很容易引起電纜頭故障[2]。

電纜頭制作密封不良。由于電纜開關柜或環網柜密封設施老化、電纜終端頭封帽密封不嚴、封帽受損或者電纜中間接頭盒密封性能差，容易引起水分子或者其他雜質的侵入。因為戶外終端常年經受大氣、溫度和干、濕等氣候條件的影響，對密封性較為敏感。一旦水分進入電纜頭，逐漸使絕緣受潮，會導致絕緣擊穿，甚至爆炸[3]。

機械損傷。造成電纜頭的機械損傷有多種原因。在電纜頭制作時工藝不精，工具劃傷電纜，損壞絕緣層；在電纜安裝時因機械牽引力過大而拉傷電纜，因起重機械吊裝意外磕碰損傷電纜頭；電纜頭在安裝時因施工不當過度彎曲受到損傷，導致電纜頭在運行時的電場分布更加不均勻；因外部環境溫度、濕度、壓力等因素造成電纜頭內絕緣膠墊、密封膠墊，或內外絕緣管套等材料膨脹而導致電纜頭外殼脹裂；因電纜長度預留不足或者電纜溝環境的變化，電纜頭長期處于繃緊拉扯狀態，會造成終端導體或中間接頭機械損傷。

內外部污穢影響。由于電纜頭制作環境惡劣，防污防塵措施未執行到位，電纜頭各層的污跡未清理干凈，導致電纜頭內部存有污穢。在干燥情況下，污穢層電阻較大，對電纜運行影響較小，但當電纜頭受潮后，污穢層被濕潤，會加速水樹枝和電樹枝的擴散。而由于電纜頭安裝位置的環境影響，還會導致電纜頭產生表面污穢層，受潮后，在高壓影響下產生沿面放電現象，導致發生故障。

長期過載運行。本文就某地區常用的交聯聚乙烯絕緣電纜來說，小于或等于10kV電壓等級的電纜工作最高允許溫度為90℃，而大于10kV電壓等級的電纜工作最高允許溫度為80℃，當電纜長期處于滿載或超載狀態運行時，會長期超過電纜工作的最高允許溫度，加速絕緣材料的老化，降低材料的絕緣性能和機械性能，容易發生擊穿著火燃燒。

過電壓。分外部過電壓和內部過電壓兩大類。外部過電壓是由大氣中的雷云對地面放電而引起的，又稱為大氣過電壓、雷電過電壓，其又分為感應雷過電壓和直擊雷過電壓。雷電過電壓往往持續幾十微秒，其脈沖特性會導致電纜絕緣的破壞，引起短路故障；內部過電壓是由于電力系統內部運行方式發生改變而引起的過電壓，有暫態過電壓、操作過電壓和諧振過電壓，如電纜頭絕緣受損或相間距離不足，會降低電纜頭的耐受電壓值，在內部過電壓的影響下會加速造成接地、短路、閃絡擊穿等現象[4]。

2 故障防范措施

2.1 選用合適的電纜頭制作材料

根據電纜類型及運行環境選擇符合國家標準、工藝成熟、質量可靠、技術先進、適應運行環境和條件的電纜頭制作材料，是保證電纜安全穩定運行的重要措施。盡量以冷縮電纜頭材料代替熱縮電纜頭材料，因為冷縮電纜頭采用彈性較好的硅橡膠材料，可避免由于電纜負載高低，或大氣環境的影響產生的熱脹冷縮現象，其具有更為優異的絕緣性能、密封性能和電場分布特性，而且施工難度也更低，可避免熱縮套管加熱不均勻產生氣泡。檢查明確現場電纜頭制作材料的規格與電纜規格型號相符，以免造成收縮不緊密，導致雜質侵入電纜內部。

2.2 加強對電纜頭制作工藝的要求

重視對施工人員電纜頭制作工藝的培訓，提高對電纜頭各類故障的防范意識，通過過程監管、績效考核、分包責任等方式提高施工人員的責任心和積極性。控制好電纜頭制作的環境條件，制作前應清理干凈制作地點的雜物、灰塵等；如果天氣環境不佳，還應采取措施，防止雨雪、風沙、灰塵等雜質的干擾，影響電纜頭質量，如環境條件不許可，則要改期或更改地點進行電纜頭制作；電纜頭制作工具需要擦洗干凈，制作附件放置在無污染地點；盡量縮短制作時間，如無特殊情況制作過程不得間斷。

嚴格按照規定的尺寸和工藝進行電纜頭制作，注意制作過程中的細節問題，剝切電纜銅屏蔽帶、半導體層時，控制好用刀力度，以免傷及絕緣層，影響電纜頭的絕緣性能；打磨去除各層剝切口的毛刺棱角，保持平整光滑；清理干凈主絕緣上的殘留物，并用電纜清潔紙擦拭主絕緣層和銅導線，保持表面清潔；保證接地編織線與屏蔽層和鎧裝層連接的接觸良好可靠；必須正確使用密封膠帶，在安裝冷縮套管時，要確保套管的密封性和完好性。

2.3 規范電纜頭安裝管理標準

電纜頭安裝時，應避免電纜過度彎曲，或電纜長度預留不足以致給電纜頭連接處施加作用力，處于繃緊拉扯狀態。如果設備內的電纜頭安裝空間相對狹小，可通過改善配套的基礎設施構筑物結構、增長電纜頭線芯制作的長度來解決。電纜溝應設置有良好的排水系統，避免電纜長時間浸泡在水中，導致水分侵入電纜內部。做好電纜頭與設備連接處的防水防潮設計，可增高設備安裝基礎、加裝電纜頭密封罩。電纜頭安裝要有足夠的相間絕緣距離和與設備其他部分的安全距離，每相均應裝設相應電壓等級的避雷器，且避雷器接地應良好。應力錐是改善電纜絕緣屏蔽層電場分布的最有效的附件，在電纜頭安裝時，要避免應力錐等與設備的碰撞，造成應力錐等材料的破損。

2.4 盡量避免電纜線路的重合閘

相互靠近的兩平行電線間存在著電容，電纜在一定程度上相當于一個大電容，電纜越長，電容效應越明顯。當電纜在運行中出現故障突然斷電時，原本儲存的電荷不能立即釋放，如果在這時進行重合閘再送電操作，相對于把高電壓突然連到一個原本帶高壓電的電容上，會產生較大的沖擊電流，此時的電纜將承受雙倍甚至更高的過電壓沖擊，電容越大，其過電壓也越高，會導致電纜擊穿損壞，而電纜頭作為較脆弱的一環，此時更容易損壞。

另外，電纜線路故障和架空線路故障不一樣，絕緣子表面閃絡、超高樹木放電、小動物放電等瞬時故障原因較少，一般為永久性故障，以絕緣擊穿原因為主，重合成功率低，重合閘會帶來嚴重的操作過電壓和短路沖擊，加劇絕緣的損壞，讓系統再一次承受故障沖擊，甚至擴大故障的影響范圍。所以，電纜線路應盡量避免重合閘。

2.5 定期巡視、試驗，并整理故障庫

定期巡視、檢查電纜頭安裝地點的環境，尤其是在惡劣天氣及電纜高負荷運行等情況下更要加大巡視、檢查的力度，如發現環境濕度過高或者有小動物、雜物等的干擾，需及時處理，保證出入口、通風口防水、防小動物等相關設施的完好性。定期檢查電纜頭外觀，清理電纜頭絕緣表面的污穢，防止閃絡，如果絕緣套管有裂紋、腐蝕等絕緣遭到嚴重破壞的現象，應及時停止運行，重新制作電纜頭。定期對電纜頭進行預防性試驗，并用紅外熱像儀測量電纜頭和其他電氣設備的連接點是否有過熱現象，如發現電纜頭絕緣不良或者連接處過熱，應重做電纜頭或者重新進行連接。如發生電纜頭故障，需要及時收集資料進行分析，建立相關的故障及防范與處理措施檔案，便于吸取經驗教訓，并做好以后的故障預防，防患于未然。

3 案例分析

2021年7 月中下旬，某工業園10kV環網柜F04饋線三芯交聯聚乙烯電纜終端頭發生爆炸，故障電纜頭整體損壞，其中B相損壞程度最嚴重。

圖1 故障電纜終端頭

圖2 電纜終端頭B相受損情況

3.1 故障情況

電纜終端倉被嚴重熏黑，甚至發生了形變；電纜終端絕緣材料已被嚴重燒蝕，電纜出線口附近布滿灰燼；A、C相絕緣表面覆蓋了大量燒蝕后形成的碳化物，靠近B相側的絕緣部分受損最嚴重；B相與設備連接點已經斷裂，肘型絕緣凝套及應力錐已被燒毀，線芯扭曲變形。現場發現環網柜下的電纜溝充滿積水，電纜大部分浸泡在水中；環網柜門密封設施已有所損壞；電纜出線口松動，密封材料封堵有缺口；電纜終端倉上部的開關也被燒壞。

3.2 故障原因分析

電纜頭絕緣部分由橡膠、塑料等可燃物組成，在電弧或者高溫的情況下會發生起火爆炸。經過對電纜頭故障情況及周圍環境進行分析，此次故障的原因有以下幾點。

由于臺風天氣原因，空氣濕度較高，雨水充足，而電纜溝排水能力不足，環網柜密封設施老化，導致電纜終端倉濕度過高，而電纜頭外殼老化損傷，有水汽甚至因此進入內部，在絕緣層上或者各層間隙中形成水樹枝，由于電場的作用，會使得水樹枝逐漸擴大，導致發生局部放電，最終導致絕緣擊穿；因為電纜頭與設備的距離、相間距離較近，絕緣材料因水樹枝和電樹枝的影響已遭到破壞，電纜頭整體絕緣環境較差，容易發生相間放電或者相對地放電的現象。

臺風天氣容易發生雷擊過電壓，造成系統電流增大，而電流增大使電纜頭連接處接觸電阻增大，同時產生高溫，致絕緣材料絕緣性能降低，且電纜頭受水汽影響，耐受電壓值下降，在過電壓的影響下加速發生絕緣擊穿；B相纜芯的嚴重扭曲形變可能是因為在安裝該電纜頭時操作不當，B相端子鉗壓方向和位置有偏差，強制安裝導致纜芯扭曲、線芯排列松弛，在電流的作用下扭曲處電場容易激變，發生局部放電、局部過熱，造成絕緣受損、銅線斷裂。

4 結語

為了保證電網各方面的安全可靠性，對電網各種故障進行案例收集、原因分析，并逐漸完善防范措施和處理措施，建立完整的故障庫，對于減少電網故障或者降低電網故障帶來的危害具有很重大的意義。電纜頭故障在電纜線路故障中占有較大比例，作為電纜運行中的關鍵環節，電纜頭對電力系統的安全可靠穩定運行有重大的作用，通過選用合適的電纜頭制作材料、加強對電纜頭制作工藝的要求、規范電纜頭安裝管理標準、避免電纜線路的重合閘、定期開展巡視試驗等各項措施，提前消除影響電纜頭穩定的各項因素，對提高電纜線路供電的可靠性有積極意義。