配電工程中電纜接頭故障原因分析與預防措施研究

【關鍵詞】電纜接頭；故障原因；預防措施；配電工程；電力安全

引言

電纜接頭作為配電系統里的關鍵連接組件，在電力輸送過程中有著不可替代的作用。伴隨配電網負荷持續增長與環境條件漸趨復雜，電纜接頭故障難題漸次凸顯，若情況嚴重，甚至可能引起大面積停電。電纜接頭故障的產生，直接沖擊電力供應的安全性，也讓電力設備的穩定運行面臨困境。探究電纜接頭故障的根源及有效預防對策，對提升電力系統運行可靠性具有關鍵實際意義。

一、配電工程中電纜接頭的結構與工作原理

在配電工程中，電纜接頭發揮著連接電纜、輸送電流和提供機械保護的核心功能。其結構一般由外護層、絕緣層和導電層組成。外護層的主要作用是抵御外部物理與化學因素的侵害，保證接頭不受外界機械壓力及腐蝕干擾；絕緣層保障了電氣的隔離狀態，防止短路與漏電現象；導電層充當電流的通行路徑，承擔實現電氣連接和保障電流穩定傳輸的使命。接頭的工作原理是通過導電層傳導電流，絕緣層實現電氣隔離，外護層抵御外界環境的影響[1]。電纜接頭的典型結構如圖1所示。

電纜接頭結構由應力錨、絕緣界面、硅橡膠、壓接管以及主絕緣層等部分構成，這些組成部分共同協作，保障電纜接頭在正常運行期間的穩定及安全。隨著電纜接頭服役的時間變長，尤其是在負荷高、溫度波動幅度大的情況下，接頭性能可能會因過熱、材料老化、機械損傷而下降，最終對配電系統穩定性及安全性造成影響。

二、電纜接頭故障原因分析

（一）電纜接頭設計不合理

電纜接頭設計不合理是導致發生接頭故障的主要原因之一。設計過程中若未充分考慮實際使用條件，可能會導致接頭無法適應電力負荷的波動，從而增加故障發生的概率[2]。常用材料如銅和鋁合金的導電性能十分出色，然而在高溫情況或過載電流環境里，若設計時未充分考量接頭熱容量，接頭或因過熱而引發絕緣層燒毀以及接觸不良現象。設計標準往往要求接頭工作溫度不超過90℃，若長期處在高溫環境，接頭的使用壽命會大大縮短，甚至引起電氣系統故障。

另一個設計問題是未考慮到溫度波動對接頭的影響。處于不同工作環境中，電纜接頭會有膨脹或收縮表現，尤其是當面臨極端溫度情況時。倘若接頭設計欠妥，接頭的電氣連接也許會變得不穩定，甚至讓絕緣層發生破裂。尤其當溫差突破20℃的界限時，接頭處會出現較大的應力聚集，可能會引起材料損傷，嚴重時極有可能導致接頭斷裂與電流中斷。

（二）施工質量問題

施工質量對電纜接頭的使用壽命和故障發生率有直接影響。在實施電纜接頭制作期間，要嚴格依照剝皮長度、銅線清潔度及壓接力度的標準要求來做，導線剝皮長度應當是電纜外徑的1.5倍。如果剝皮的長度不足，會使接觸面積出現減小，引起接觸電阻上升，從而導致局部出現高溫情況。銅線表面需要進行清潔，去除油污跟氧化表層，以確保良好的導電性能。若未將銅線表面清潔干凈，電流通過時也許會接觸不良，加劇接頭過熱的潛在風險。

精準把控壓接力度同樣關鍵。壓接力一般規定在10～20 kN的范圍：若力度過小，會引發接觸不良；過大則可能損傷導電層及絕緣材料，導致電氣性能變差。施工環境對接頭質量的重要影響同樣存在，在潮濕或是有腐蝕性氣體的環境中，接頭材料極易受潮或被腐蝕，造成絕緣層失效或接頭松動，增加電力事故發生的風險。

（三）運行過程中外界因素的影響

運行環境里的溫度波動、電流波動以及外力作用等因素，會對電纜接頭的穩定性產生影響。依據電纜行業既定標準，電纜接頭常規工作溫度一般是-40℃～90℃。在極端溫度條件下，接頭也許無法維持性能穩定，處于低溫的情境，接頭以及電纜的材料會收縮，引發電氣連接欠佳；而處于高溫情境中，材料膨脹有概率引起接頭接觸不良及絕緣失效。若溫差變化超過了20℃，接頭處的應力會增添材料損傷的風險系數，嚴重的時候可能造成接頭斷裂或是電氣傳輸中止。為規避這一風險，接頭設計應采用適應性較強、熱膨脹系數較小的材料，諸如鋁合金之類的復合材料，以減小溫差引起的物理性狀變化。

電流的波動同樣是電纜接頭運行里的關鍵要素，若電流超出額定值1.25倍，接頭溫度迅速往上攀升，致使接頭出現過熱，增加故障出現概率。符合電力系統的負荷規格，配電線路往往出現超過額定電流的現象，電纜接頭需具備承受短時間過載電流的能力，設計時需預留一定的電流冗余量。諸如電纜的拉伸、扭曲或振動的外力作用，也有可能對接頭造成損傷，導致接頭呈現變形、松動狀態，從而造成電氣連接不穩固，加大電力故障出現概率。

（四）電纜老化和自然磨損

電纜接頭的使用年限直接關乎其故障發生率。伴隨電纜的長時間運行，受電流負荷、溫度變化及外界環境的影響，電纜接頭的絕緣層逐漸老化。電纜老化一般表現為絕緣層硬化、材質脆化、導電層受腐蝕等現象。尤其是在高負荷持續作業或負荷頻繁變化的環境里，電纜老化加速明顯。隨著時間的推移，電纜的絕緣性能逐漸下降。一般情況下，電纜接頭可使用20年，超過這一年限后，其故障方式概率急劇上升[3]。

電纜接頭老化的主要表現為絕緣層發生開裂、局部放電增多及導電層腐蝕。以聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）材料舉例說明，若使用時長超過20年，其絕緣強度大概會降低50%以上，而交聯聚乙烯（CrossLinked Polyethylene，XLPE）材料的絕緣層也會因電流負荷長時間運行而慢慢損壞，尤其是在較為潮濕的環境里，老化現象會愈發明顯。接頭里的局部放電現象會愈演愈烈，這不光影響接頭的電氣性能，還可能推動材料損壞的加劇，增加電力系統遭遇故障的可能。

三、電纜接頭故障的預防措施

（一）提高電纜接頭設計水平

電纜接頭設計需依照工作環境、電氣負荷條件進行優化，常用的銅、鋁合金等導電材料傳導電流表現突出。但在高溫與過載電流的環境中，也許會出現過熱，導致接頭性能有所下降。銅呈現出58×106 S/m的電導率數值，鋁合金測得電導率為37×106 S/m，開展設計時需顧及該差異，需保證所選材料熱容量夠大。可以采用XLPE作為絕緣材料，其有較高的熱穩定性以及電氣絕緣性能，較多應用于高電壓系統內，其熱變形時的溫度為130℃，可有效阻滯接頭的老化速率。

接頭設計要顧及溫差的變化，尤其在氣候條件極端的區域，電纜接頭需可承受-40℃～+90℃的溫度波動。只要溫差超過20℃，接頭處的熱應力可高達10～15 MPa，可能會引起接頭膨脹或收縮，危及電氣連接的穩定性。電流沖擊對電纜接頭存在影響，電流沖擊一般可達到額定電流的1.5～2倍數值。設計方面需預留1.25倍的電流富余量，用以應對短時間出現的過載情形。表1展示了常用材料在電纜接頭設計中的導電性、熱導率、熱膨脹系數等性能參數。

該表格呈現了電纜接頭常用材料在導電性、熱導率、熱膨脹系數及最高工作溫度方面的性能比較，有助于設計電纜接頭時選定恰當材料。

（二）加強施工和安裝質量控制

施工實施階段中，保障電纜接頭安裝質量是要害，工藝上的細微疏漏，都可能引起接頭故障現象，電纜接頭處導線剝皮長度常要求是電纜外徑的1.5倍，剝皮后銅線要達到無油污、氧化層的清潔水平[4]。尤其在高負荷的實際環境下，導線接觸不良有概率造成接頭局部出現過熱，按照行業既定標準，接頭壓接完畢，接觸電阻不宜超過0.1 Ω，若電流流過接頭時接觸電阻值過高，接頭溫度會急劇攀升，大概會引起電氣方面故障。

在進行接頭壓接操作時，精準把控壓接力度極為關鍵。過大的壓接力會碾碎導電層，破壞絕緣材料；而壓接力過低則會引發接頭松動，引起接觸電阻上升，推薦采用符合標準的壓接工具，并根據電纜接頭的規格和材質選取恰當的壓接壓力。此外，環境的溫濕度也會影響接頭質量，特別是在潮濕或含有腐蝕性氣體的環境中。若未采取合理的防水、防腐措施，接頭的絕緣層和導電部分易受損害，從而縮短電纜接頭的使用壽命。

（三）改善運行環境

電纜接頭的可靠性與運行環境密切相關，尤其溫度和濕度對接頭的影響不容忽視。在高溫負荷條件下，電纜接頭的溫升現象尤為明顯。電纜接頭溫度不應超過90℃，若溫度高于這個限值，接頭的絕緣材料（如XLPE）可能會開始老化，破壞其電氣性能。為提升接頭的散熱能力，接頭外護層宜選用高導熱性的材料，如鋁合金，也可采用具有較高導熱性能的高分子復合材料。這些材料可顯著降低接頭的溫升幅度，避免過熱現象的產生。

就運行于高濕度或腐蝕性環境里的電纜接頭而言，應采取防水防腐辦法，在這種環境下，電纜接頭外護層的材料要具有良好的抗紫外線及抗化學腐蝕特性。常見的防腐材料有耐紫外線的聚乙烯和耐高溫、對化學腐蝕有耐受性的聚氨酯涂層，這些材料能明顯延長接頭的使用壽命[5]。接頭密封應選用高質量的密封膏及防水膜，將接頭處全面封閉，杜絕潮氣滲入，防止接頭受潮引發絕緣效果喪失。

（四）定期維護和監測

有規律的維護與監測，是保障電纜接頭可靠性的必要手段。采用紅外成像監測可及時發現接頭的過熱現象，預防因接頭溫度過高引發的火災與設備毀壞。紅外成像儀通過掃描接頭的溫度分布，可精準識別接頭的熱點，之后采取可行措施防止故障發生。在實際應用場景里，電纜接頭表面溫度一般控制在50℃～60℃為宜，若超出該溫度，要立即檢查接頭內部電氣連接情況[6]。

另一個有效的監測手段是局部放電檢測。局部放電測試可檢查接頭絕緣層的完整性，及時發現接頭絕緣層的微裂紋或腐蝕現象，防止由局部放電引起的電氣故障。依照行業要求，電纜接頭局部放電值不得超過10 pC，若數值超過這一值，說明接頭可能存在潛在故障[7]。

隨著智能電網技術的發展，智能監控系統已逐步應用于電纜接頭監測。系統通過溫度、濕度和電流傳感器實時監測接頭狀態，當接頭的溫度、電流或濕度等參數超出預設范圍時，系統會立即報警，并自動調節電力負荷分配模式，防止因單點故障引發大規模電力中斷。對于使用時間較長的電纜接頭，應定期進行檢查和更換，以保障電力系統的穩定運行[8]。

結語

電纜接頭故障對配電系統的穩定性及安全性具有深遠影響。通過深入分析接頭設計、施工質量、外部環境因素及電纜老化等多方面原因，可以有效識別并預防潛在故障。通過優化電纜接頭設計、加強質量管控、改善運行環境及定期維護監測，可以有效減少電纜接頭故障發生的概率。隨著智能監控技術的運用與新材料的開發，電纜接頭故障的預防力度將進一步加大，為電力系統長時間的穩定運行筑牢更堅實的基礎。

參考文獻：

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[8] 楊帆，曾莼，阮羚，等.中壓交聯電纜接頭復合界面受潮缺陷的診斷方法研究[J].高壓電器，2014，50（05）：15.