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為制作工藝不良而引起絕緣擊穿故障。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，重點加強施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的對策，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

某日，110kV幺木變電站35kV幺椿線瞬時速斷保護(hù)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(jìn)行巡視。同時派出線路運檢人員對架空線路進(jìn)行巡視。運維人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)35kV幺椿線354開關(guān)柜出線電纜A相電纜已經(jīng)擊穿。出線避雷器B、C相被放電弧光燒傷。

隨即負(fù)責(zé)巡視架空線路的人員反饋，架空線路未發(fā)現(xiàn)架空線接地或短路現(xiàn)象。根據(jù)各組巡視結(jié)果，初步判斷35kV幺椿線跳閘原因為35kV幺椿線354開關(guān)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(zhǔn)備對幺椿線354開關(guān)柜出線電纜終端重新制作。并對幺椿線354開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備、出線電纜及重新制作的電纜終端進(jìn)行試驗。

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

2 現(xiàn)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(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）A相電纜絕緣層在制作過程中嚴(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有做平滑過渡。未按安裝說明書在銅屏蔽與半導(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明書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(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)場安裝時，將這些預(yù)擴(kuò)張件套在經(jīng)過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(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(chǎn)品規(guī)格少等優(yōu)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(xiàn)附件內(nèi)部層間脫開的危險。與預(yù)制式電纜附件相比， 雖然都是靠彈性壓緊力來保證內(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。由圖可見電纜終端頭擊穿故障點出現(xiàn)在銅屏蔽層半導(dǎo)體層斷口附近，該斷口處的電場畸變最嚴(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芯已經(jīng)部分裸露。

金屬屏蔽斷開處是電場畸變最嚴(yán)重的地方，產(chǎn)生電場畸變的原因：屏蔽的切斷處是電纜接頭薄弱的環(huán)節(jié)，容易造成電場強度過大;另外，變電站的運行環(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：

（1）進(jìn)行護(hù)套剝切時，銅屏蔽層被劃傷，或是剝切銅屏蔽時，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，增加了斷口處電場的強度，產(chǎn)生放電。

（2）在剝切電纜半導(dǎo)體層的過程中，由于用力不當(dāng)，劃傷主絕緣層表面，銅屏蔽和半導(dǎo)體層的斷開處處理不到位（半導(dǎo)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(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，或沒有用硅脂對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搭接少于20mm。在運行中，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集中，導(dǎo)致局部放電。另外，運行中彎曲變形、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)集中的高強電場，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)量的驗收關(guān)。

4 防范對策建議

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

（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)境相對濕度應(yīng)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(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)格按照說明書的技術(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)行制作時控制好電纜剝切力度和尺寸，外層剝除時不能弄傷內(nèi)層的材質(zhì)。

（3）銅屏蔽層剝切時，通過扎帶進(jìn)行固定，避免斷口處出現(xiàn)尖角或毛刺，對半導(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(xì)砂紙進(jìn)行認(rèn)真打磨，保證主絕緣層表面光滑無刀痕、雜質(zhì)，不存在半導(dǎo)體殘點。采用清洗溶劑從線芯向半導(dǎo)體層方向?qū)^緣層表面進(jìn)行清洗，清洗主絕緣層表面時嚴(yán)禁使用接觸過半導(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、不徹底也會導(dǎo)致放電，所以對電纜絕緣半導(dǎo)體層斷口用硅脂進(jìn)行填充排除內(nèi)部氣體，然后按照廠家說明書的工序逐步進(jìn)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(fù)責(zé)人，隨時對每一個步驟、每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查、質(zhì)量驗證，建立相互監(jiān)督、檢查機制。

（6）應(yīng)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。