交聯(lián)聚乙烯電力電纜冷縮電纜頭故障調(diào)查分析

南春雷，吳繼兵，郭宏偉，盧琳方，任卿

國(guó)網(wǎng)三門峽供電公司

交聯(lián)聚乙烯電力電纜冷縮電纜頭故障調(diào)查分析

南春雷，吳繼兵，郭宏偉，盧琳方，任卿

國(guó)網(wǎng)三門峽供電公司

交聯(lián)聚乙烯電力電纜由于其良好的電氣性能和耐熱性能得到了廣泛的應(yīng)用，但在實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)中，電纜頭的制作工藝存在諸多問題；本文結(jié)合實(shí)際故障現(xiàn)象，對(duì)如何提高電纜頭的冷縮施工工藝和電纜的安裝水平進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)類似的故障情況提出了防范措施。

聚乙烯電纜冷縮頭；故障分析；防范措施

引言

交聯(lián)聚乙烯電纜自問世以來，以其結(jié)構(gòu)輕便，安裝維護(hù)方便，絕緣性能優(yōu)越，載流量大及沒有敷設(shè)高差限制等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用［1］。隨著大量交聯(lián)電纜的使用，提高交聯(lián)電纜頭的安裝質(zhì)量，保證電纜的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。

本文現(xiàn)結(jié)合一實(shí)際故障現(xiàn)象，詳細(xì)分析了如何提高電纜頭的冷縮施工工藝和電纜的安裝水平，及對(duì)類似的故障情況提出了防范措施。

1.故障及處理情況

某年2月21日19：56分，某變電站值班人員發(fā)現(xiàn)35kV設(shè)備區(qū)有火光，立即向調(diào)度進(jìn)行了匯報(bào)，經(jīng)過確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)是35kV線路甲刀閘電纜頭處中相著火，于20：01分?jǐn)嚅_該開關(guān)，2月22日7：15，檢修部門立即組織專業(yè)人員對(duì)燒壞的電纜頭進(jìn)行了重新制作，試驗(yàn)合格后該開關(guān)恢復(fù)供電。3月7日14：54分，該變電站值班人員又發(fā)現(xiàn)上述35kV線路戶內(nèi)電纜頭起火，立即向調(diào)度進(jìn)行了匯報(bào)，并于14：57分?jǐn)嚅_該開關(guān)，3月7日22：53檢修部門再次組織人員對(duì)燒壞的電纜頭進(jìn)行了處理并恢復(fù)了供電。在事件的整個(gè)處理過程中，我們多次聯(lián)系電纜及附件廠家，針對(duì)本次戶內(nèi)、戶外電纜頭以外單芯處故障原因，組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)解體的電纜頭進(jìn)行了認(rèn)真的分析討論，和電纜附件廠家技術(shù)人員一起，找到了故障發(fā)生的主要原因，提出了防范措施，對(duì)提高35kV及以下交聯(lián)聚乙烯電纜頭冷縮工藝水平起到了一定的促進(jìn)作用。

2.故障交聯(lián)聚乙烯電纜及冷縮頭參數(shù)、冷縮電纜頭損壞情況

發(fā)生故障的35kV線路電纜型號(hào)為YJV22-26/35-3×240，接于線路甲刀閘與變電站圍墻內(nèi)該間隔龍門架之間，長(zhǎng)度約40m，戶外冷縮接頭型號(hào)為WLS5311，冷縮接頭的材料主要性能如表2-1所示：

表2-1　冷縮接頭的材料主要性能

電纜頭故障情況如圖2-1所示，從圖2-1（a-d）可以清楚地看到，現(xiàn)場(chǎng)電纜頭做了加長(zhǎng)管，電纜頭損壞部位十分明確，在電纜頭以外單芯處，B相較為嚴(yán)重，其他兩相如果單從損壞電纜頭以外單芯處的外觀看，不能看出明顯的故障現(xiàn)象，當(dāng)把其余兩相的冷縮加長(zhǎng)管在故障相的同部位打開后，發(fā)現(xiàn)燒壞的獨(dú)芯電纜處正好在截?cái)喟雽?dǎo)體層的接口處，所割開的半導(dǎo)體四周參差不齊。

在電纜附件廠技術(shù)人員的指導(dǎo)下，我們對(duì)損壞的冷縮電纜頭進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)分解，從割開的冷縮電纜頭結(jié)構(gòu)可以看出，在冷縮電纜終端靠近電纜側(cè)4cm處有一3cm長(zhǎng)的應(yīng)力錐，由于電纜絕緣外徑到應(yīng)力錐的過渡段在安裝時(shí)沒有處理好，在該處發(fā)生軸向場(chǎng)強(qiáng)過大產(chǎn)生的擊穿造成了電纜延長(zhǎng)管的損壞。

圖 2-1故障電纜頭情況

3.交聯(lián)聚乙烯電纜冷縮電纜頭結(jié)構(gòu)及本次故障損壞原因的分析

3.1交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)分析

交聯(lián)聚乙烯電纜和大家熟悉的油浸紙統(tǒng)包電纜的區(qū)別除了相間主絕緣是交聯(lián)聚乙烯塑料以及線心形狀是圓形之外，還有兩層半導(dǎo)體膠涂層。在芯線的外表涂有第一層半導(dǎo)體膠，它可以克服電暈和游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。在相間外絕緣表面涂有第二層半導(dǎo)體膠，同時(shí)擠包了一層0.1mm厚的薄銅帶，他們組成了良好的相間屏蔽層，使之幾乎不能發(fā)生相間故障。圖3-1為其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 3-1交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)示意圖

在電纜結(jié)構(gòu)上的所謂“屏蔽”，實(shí)質(zhì)上是一種改善電場(chǎng)分布的措施。電纜導(dǎo)體由多根導(dǎo)線絞合而成，它與絕緣層之間易形成氣隙，導(dǎo)體表面不光滑，會(huì)造成電場(chǎng)集中。在導(dǎo)體表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的導(dǎo)體等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導(dǎo)體與絕緣層之間發(fā)生局部放電，這一層屏蔽為內(nèi)屏蔽層；同樣在絕緣表面和護(hù)套接觸處也可能存在間隙，是引起局部放電的因素，故在絕緣層表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護(hù)套等電位，從而避免在絕緣層與護(hù)套之間發(fā)生局部放電，這一層屏蔽為外屏蔽層；沒有金屬護(hù)套的擠包絕緣電纜，除半導(dǎo)電屏蔽層外，還要增加用銅帶或銅絲繞包的金屬屏蔽層，這個(gè)金屬屏蔽層的作用，在正常運(yùn)行時(shí)通過電容電流；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，作為短路電流的通道，同時(shí)也起到屏蔽電場(chǎng)的作用。

3.2電纜冷收縮附件的技術(shù)特點(diǎn)

冷縮式附件所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠，冷縮式附件常采用幾何結(jié)構(gòu)法與參數(shù)控制法來處理電應(yīng)力集中問題，而且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)法即采用應(yīng)力錐緩解電場(chǎng)集中分布的方式要優(yōu)于參數(shù)控制法的產(chǎn)品。該類附件材料性能優(yōu)良，如：憎水性好、高彈性、機(jī)械強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)等，較大改善了界面性能。安裝方面其最大特點(diǎn)是安裝工藝方便快捷，只需在正確位置上抽出電纜附件內(nèi)襯芯管，無(wú)需加熱就可安裝，另外，安裝時(shí)對(duì)電纜的絕緣層外徑尺寸要求也不是很高，只要電纜附件的內(nèi)徑小于電纜絕緣外徑2mm就完全能夠滿足要求，因此，冷縮式附件已成為中低壓以及高壓電纜采用的主要形式。其使用中的關(guān)鍵技術(shù)問題是：

（1）附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規(guī)定的要求。

（2）需采用硅脂潤(rùn)滑界面，以便于安裝，同時(shí)填充界面的氣隙。

（3）一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用，有時(shí)可采用密封膠及彈性?shī)A具增強(qiáng)密封。

（4）一般35kV及以下電壓等級(jí)的冷縮式附件多采用工廠擴(kuò)張式（對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)張），其有效安裝期在6個(gè)月內(nèi)，最長(zhǎng)安裝期限不得超過兩年，否則電纜附件的使用壽命將受到影響。

3.3綜合分析

交聯(lián)聚乙烯電纜制作電纜終端時(shí)應(yīng)剝除一小段屏蔽層，其主要目的是用來保證高壓對(duì)地的爬電距離，因?yàn)檫@個(gè)屏蔽斷口處應(yīng)力十分集中，是薄弱環(huán)節(jié)！必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行應(yīng)力處理（用應(yīng)力錐或應(yīng)力管等）。剝除屏蔽層的長(zhǎng)度應(yīng)以保證爬電距離，增強(qiáng)絕緣表面抗爬電能力為依據(jù)，屏蔽層剝切不宜過長(zhǎng)，否則將增加施工的難度，同時(shí)也增加電纜附件的成本。半導(dǎo)電層也應(yīng)在冷縮電纜終端應(yīng)力錐的要求部位割開，而不應(yīng)該按照以前熱縮電纜頭的做法在遠(yuǎn)離電纜終端的部位進(jìn)行割斷，否則將造成了半導(dǎo)電層失去應(yīng)力錐的保護(hù)，在不均勻電場(chǎng)的作用下放電，造成絕緣損壞。另外，半導(dǎo)電層的作用是屏蔽強(qiáng)電場(chǎng)，如果剝的不圓滑，就會(huì)造成尖端放電，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，尖端放電發(fā)熱也會(huì)使絕緣損壞。

經(jīng)與電纜附件廠技術(shù)人員對(duì)損壞的電纜部位進(jìn)行分析后，認(rèn)為本次故障的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)安裝人員對(duì)冷縮工藝要求未完全掌握，特別是對(duì)于電纜頭增加加長(zhǎng)管后的制作要求不清楚，盲目地在遠(yuǎn)離電纜終端的部位進(jìn)行割斷，造成了半導(dǎo)體層失去應(yīng)力錐的保護(hù)，同時(shí)也未按要求加裝應(yīng)力管，最終使電纜頭半導(dǎo)體層切割處在不均勻電場(chǎng)的作用下放電，進(jìn)而引發(fā)電纜頭起火故障。

4.此次故障反應(yīng)出來的問題

本次故障的發(fā)生，暴露新技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用方面還存在一些問題，不僅有技術(shù)方面的原因，也有管理方面的原因，主要有以下幾點(diǎn)：

4.1新技術(shù)的應(yīng)用方面人員培訓(xùn)滯后

110kV及以下交聯(lián)電纜在某局投入運(yùn)行已經(jīng)有3年左右的時(shí)間，特別是35kV及以下交聯(lián)電纜的使用越來越廣泛，但是現(xiàn)場(chǎng)的安裝人員一直沒有進(jìn)行過相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)，對(duì)冷縮電纜附件結(jié)構(gòu)原理、冷縮電纜的制作程序和工藝要求不清楚。

4.2現(xiàn)場(chǎng)盲目施工的現(xiàn)象仍然存在

在冷縮新工藝應(yīng)用時(shí)，未嚴(yán)格按照廠方技術(shù)要求進(jìn)行施工（現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按照電纜頭包裝內(nèi)所帶的1：1的紙樣板進(jìn)行制作），在不清楚且有疑問時(shí)，未及時(shí)聯(lián)系廠家解決，而是想當(dāng)然的按照熱縮方法進(jìn)行，即便是熱縮工藝，應(yīng)力管是必須加裝的，卻也未加裝，從此可以看出現(xiàn)場(chǎng)人員的標(biāo)準(zhǔn)化工作也有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.3高壓電纜頭制作工具不全

由于高壓電纜外皮堅(jiān)硬，特別是半導(dǎo)體層的剝掉很困難，而目前現(xiàn)場(chǎng)的工作人員還是有壁紙刀來進(jìn)行工作，遇到冬季，電纜制作難度更大。

4.4電纜檢測(cè)手段不全

對(duì)于交聯(lián)電纜的試驗(yàn)，目前仍存在試驗(yàn)項(xiàng)目不完整，試驗(yàn)方法不規(guī)范的問題，如交流耐壓試驗(yàn)的電壓和加壓時(shí)間等。

5.應(yīng)采取的防范措施

本次設(shè)備故障雖未造成較大的損失，但由此引發(fā)的一系列問題不得不引起相關(guān)部門的高度重視和進(jìn)一步反思，為了避免該類問題的再次發(fā)生，建議采取以下防范措施：

5.1電纜工作為一項(xiàng)十分專業(yè)的工種，應(yīng)盡快引起各方面重視，檢修部門等施工單位應(yīng)確保電纜工的有效管理，督促電纜工加強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)，新工藝采用之前，應(yīng)聯(lián)系廠家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，必要時(shí)可安排人員到設(shè)備廠家或兄弟單位進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，采取多種方法的方法，對(duì)有關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行電纜新技術(shù)、新知識(shí)培訓(xùn)，盡快上崗取證，避免安裝工藝不良的設(shè)備投入生產(chǎn)。

5.2嚴(yán)格按規(guī)程要求加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工作管理，積極推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，特別要重視新設(shè)備、新工藝的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書的編制工作，嚴(yán)禁不按設(shè)備技術(shù)要求盲目施工，確保工作流程和工藝質(zhì)量符合規(guī)范要求。

5.3積極了解廠家和參觀兄弟局電纜專業(yè)的制作工具，購(gòu)置利于工作的電纜頭制作工具。

5.4運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)新設(shè)備和采用新工藝設(shè)備的運(yùn)行巡視，在投運(yùn)初期的巡視周期應(yīng)相應(yīng)縮短。試驗(yàn)人員努力提高電纜檢測(cè)水平，積極學(xué)習(xí)交聯(lián)電纜的試驗(yàn)方法，做全電纜的測(cè)試項(xiàng)目，除將電纜的直流耐壓試驗(yàn)改為交流耐壓試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)人員做好新設(shè)備的檢測(cè)知識(shí)培訓(xùn)。按照《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用實(shí)施細(xì)則》要求，新建、改擴(kuò)建等工程的電力設(shè)備在帶負(fù)荷1個(gè)月內(nèi)（但最早不得少于24小時(shí)）施工單位應(yīng)進(jìn)行一次紅外測(cè)溫和診斷，該點(diǎn)必須引起施工單位的高度重視，爭(zhēng)取早發(fā)現(xiàn)，避免安裝不良的設(shè)備引發(fā)惡性事故，危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

6.結(jié)論

本文現(xiàn)通過一起實(shí)際電纜頭故障，先對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，然后對(duì)如何提高電纜頭的冷縮施工工藝和電纜的安裝水平進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)類似的故障情況提出了防范措施。對(duì)今后提高安裝電纜運(yùn)行水平有著很大的促進(jìn)作用。

［1］唐益民，李建安.淺談10kV交聯(lián)聚乙烯熱縮電纜頭的安裝［J］山西建筑2008（6）∶175-177

［2］長(zhǎng)沙電纜附件廠技術(shù)技術(shù)說明書