電纜頭常見故障分析與處理措施

佟智勇，張遠(yuǎn)超 ，施寧寧

(1.保定供電公司，河北 保定 071000；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

隨著技術(shù)進(jìn)步和電力生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，熱縮電纜頭和冷縮電纜頭以其優(yōu)越的絕緣強(qiáng)度和運(yùn)行可靠性等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于中低壓供電線路。但隨著設(shè)備保有量的增加和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，也暴露出由于電纜頭安裝工藝細(xì)節(jié)疏漏造成的各種故障，暴露的這些問題是和不同種類的電纜頭的技術(shù)特點(diǎn)直接相關(guān)的。為保障系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，以下結(jié)合熱縮電纜頭、冷縮電纜頭的技術(shù)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)故障經(jīng)驗(yàn)，提出電纜頭制作、安裝的工藝要點(diǎn)和技術(shù)方案。

1 電纜頭技術(shù)特點(diǎn)介紹

1.1 熱縮電纜頭

a. 成熟性。熱縮電纜頭起步時(shí)間早，技術(shù)成熟，成本低，性能穩(wěn)定，保存時(shí)間長(zhǎng)。

b. 接地及收縮工藝。電纜屏蔽層及鋼鎧接地線需要焊接，需用火焰等熱能使絕緣層收縮，由于過(guò)熱會(huì)直接破壞絕緣層的絕緣性能，所以制作電纜頭時(shí)對(duì)溫度的控制工藝要求高。

c. 屏蔽層處理工藝。電纜的屏蔽層及半導(dǎo)體層去除較多，從三相線芯結(jié)合部位至線芯端部90%長(zhǎng)度范圍的屏蔽層及半導(dǎo)體層是被剝除的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是絕緣層內(nèi)部帶電部位對(duì)地的爬距大，一般在600 mm以上，單相對(duì)地絕緣強(qiáng)度高；缺點(diǎn)是電纜頭三相之間沒有電磁屏蔽，當(dāng)絕緣線芯相間距在1～3 mm時(shí)，易發(fā)生懸浮電位放電。

d. 收縮材料的機(jī)械性能。熱縮材料收縮性好，能夠緊密包裹線芯主絕緣，特別是三指套部位，填充膠熔化、凝固后使三指套及內(nèi)部形成一個(gè)整體，包覆性好。但熱縮材料彈性差，當(dāng)線芯彎曲度較大時(shí)，熱縮層的應(yīng)力無(wú)處釋放，造成熱縮層出現(xiàn)褶皺，容易破裂，或受到磕碰時(shí)也容易破裂。所以對(duì)熱縮絕緣層的疏散應(yīng)力處理工藝要求高。

1.2 冷縮電纜頭

a. 成熟性。近幾年迅速成熟、推廣，成本較高，庫(kù)存的彈性壽命一般為1-2年。

b. 接地及收縮工藝。電纜屏蔽層及鋼鎧接地線連接工藝得到改進(jìn)，不需要焊接，改用彈簧鋼卡帶卡固。絕緣層為彈性收縮，不需動(dòng)火，避免了溫度控制不好對(duì)絕緣的影響。

c. 屏蔽層處理工藝。電纜的屏蔽層及半導(dǎo)體層去除較少，從三相線芯結(jié)合部位至線芯端部40%的長(zhǎng)度范圍的屏蔽層及半導(dǎo)體層被剝除。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是電纜頭三相之間有電磁屏蔽，能夠避免線芯間距近時(shí)產(chǎn)生的懸浮電位放電；缺點(diǎn)是絕緣層內(nèi)部帶電部位對(duì)地的爬距小，一般在200 mm左右，單相對(duì)地內(nèi)部絕緣距離比熱縮電纜頭短。

d. 收縮材料的機(jī)械性能。彈性好，當(dāng)線芯彎曲度較大時(shí)，冷縮絕緣層能夠吸收形變產(chǎn)生的應(yīng)力，不易出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，或受到磕碰時(shí)也不容易破裂。彈性收縮材料接近庫(kù)存壽命時(shí)有可能產(chǎn)生不可恢復(fù)的彈性疲勞，不能夠緊密包裹線芯主絕緣，或完全收縮需要一定延時(shí)。三指套部位制作時(shí)沒有填充膠熔化凝固的過(guò)程，包覆性不如熱縮性好，三指套容易在外力作用下脫出。

2 電纜頭常見故障分析

2.1 熱縮電纜頭的常見故障

a. 由于相間距離過(guò)近，形成懸浮電位放電，對(duì)絕緣外表皮產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。某變電站10 kV電纜懸浮電位放電現(xiàn)象示意見圖1。放電點(diǎn)處在電纜頭U相距電纜接線端子約250 mm處和V相距電纜接線端子約250 mm處，該處U相、V相交叉，且兩相間距約2 mm。由于熱縮電纜頭制作時(shí)屏蔽層剝除較長(zhǎng)，兩相接近處沒有屏蔽層，所以電纜雖有絕緣層，但會(huì)有泄漏電磁場(chǎng)。由于兩相間距極近，交匯點(diǎn)處形成不均勻電場(chǎng)，產(chǎn)生中間電位，場(chǎng)強(qiáng)很大，空氣和空氣中的水蒸氣在該處被電離產(chǎn)生放電，發(fā)出聲響。同時(shí)，空氣、水、絕緣外表皮在電場(chǎng)放電中產(chǎn)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電纜外絕緣電腐蝕，留下白色或黑色的積污痕跡。但絕緣材料為有機(jī)材料，化學(xué)性能穩(wěn)定，這種電腐蝕是很輕微的，更多的是空氣中的雜質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)。擦去電腐蝕痕跡，絕緣外皮只有輕微的痕跡。單純的電化學(xué)腐蝕在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)主絕緣產(chǎn)生致命的破壞。但這屬于電纜運(yùn)行的不良工況，存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，需要采用增加線芯間距或增加輔助絕緣層的方式進(jìn)行處理。

圖1 10 kV電纜懸浮電位放電現(xiàn)象示意

b. 由于熱縮層破損，造成相線對(duì)半導(dǎo)體層放電。某變電站10 kV電纜故障情況見圖2。由于安裝時(shí)U相熱縮絕緣層碰到了同相鋁排的固定螺栓上，熱縮絕緣層破裂。由于破裂點(diǎn)距半導(dǎo)體層路徑僅90 mm，無(wú)法長(zhǎng)期承受相電壓，導(dǎo)致單相對(duì)半導(dǎo)體層沿主絕緣表面擊穿，造成事故。

c. 電纜熱縮和地線焊接時(shí)溫度過(guò)高，使絕緣受到破壞，電纜三指套處擊穿。電纜三指套處是電纜頭的薄弱部位，對(duì)制作工藝要求高。由于施工工藝不合格，直接用火焰噴槍加熱鋼鎧并燒熔焊錫，進(jìn)行地線焊接，火焰直接破壞主絕緣，焊接強(qiáng)度沒有保障。這種情況有時(shí)是由于現(xiàn)場(chǎng)工作條件造成的，如野外作業(yè)，沒有加熱電烙鐵的電源，不得不使用這種方法。要解決這一問題，規(guī)范的做法是使用大功率電烙鐵使鋼鎧充分預(yù)熱，溶解焊錫進(jìn)行焊接，焊錫能夠充分浸潤(rùn)鋼鎧，焊接強(qiáng)度充分保障，焊接時(shí)的溫度也能夠控制。如果沒有電源或發(fā)電機(jī)，可以用燒熱的銅棒、銅塊代替電烙鐵。

圖2 10 kV電纜相線對(duì)半導(dǎo)體層放電示意

2.2 冷縮電纜頭的常見故障

a. 由于不良安裝結(jié)構(gòu)，造成相線與電纜線芯接觸，使冷縮絕緣層承受機(jī)械力和相電壓，造成相線對(duì)屏蔽層擊穿，見圖3。圖3為某變電站10 kV電纜不規(guī)范的安裝,使電纜冷縮絕緣層與同相鋁排接觸、擠壓，由于冷縮電纜頭屏蔽層較長(zhǎng)，相線對(duì)屏蔽層之間只隔有一層冷縮絕緣層，而且還受到機(jī)械力擠壓，投運(yùn)后不久絕緣就徹底損壞，致使發(fā)生短路事故。

圖3 10 kV電纜相線對(duì)屏蔽層擊穿示意

b. 由于電纜制作時(shí)主絕緣被劃傷，受傷處對(duì)半導(dǎo)體層放電，見圖4。圖4為某變電站35 kV電纜，電纜主絕緣在剝除半導(dǎo)體層時(shí)被劃傷，而且半導(dǎo)體物質(zhì)被嵌入劃痕，形成不均勻電場(chǎng)，由于冷縮電纜頭半透體層剝除少，受傷處距半導(dǎo)體層僅50 mm，主絕緣被擊穿對(duì)半導(dǎo)體層放電，造成事故。

2.3 電纜的其它常見問題

a. 由于冷縮電纜頭三指套部位包覆性不如熱縮電纜頭好，三指套容易在外力作用下脫出，冷縮三指套被捋起，失去密封，極易發(fā)生電纜主絕緣受潮，造成事故。如果固定電纜的抱箍直接固定在三指套部位非常容易發(fā)生這種情況。電纜安裝后發(fā)生收縮或下墜，抱箍會(huì)將三指套捋起。

圖4 35 kV電纜主絕緣被劃傷處對(duì)半導(dǎo)體層放電示意

b. 單芯高壓電纜由于兩端均接地，造成鋼鎧產(chǎn)生環(huán)流而發(fā)熱。這是一項(xiàng)典型的電纜運(yùn)行管理問題。某些地區(qū)電纜站內(nèi)部分和站外部分由2個(gè)不同單位維護(hù)、管理的不協(xié)調(diào)，管理分界點(diǎn)不明確，造成維護(hù)單位“各自為戰(zhàn)”，導(dǎo)致單芯電纜兩端均接地，造成電纜鋼鎧產(chǎn)生環(huán)流而發(fā)熱，形成安全隱患。

3 電纜頭制作、安裝工藝要求及技術(shù)方案

3.1 電纜頭制作、安裝工藝要求

a. 熱縮電纜頭各相線芯之間要有足夠距離，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，至少應(yīng)在20 mm以上，以保證不會(huì)發(fā)生懸浮電位放電。如果因?yàn)榘惭b空間的限制，不能滿足間距的要求，應(yīng)增加絕緣層的層數(shù)，提高絕緣裕度。

b. 熱縮電纜頭必須避免磕碰傷，做好疏散彎曲應(yīng)力工藝措施。除按要求安裝疏散應(yīng)力管外，可在整根主絕緣外均勻涂抹絕緣硅脂，電纜彎曲時(shí)使熱縮絕緣層與主絕緣之間能夠均勻滑動(dòng)，避免出現(xiàn)褶皺。嚴(yán)格控制絕緣硅脂的絕緣性。

c. 三指套處鋼鎧及屏蔽層地線的焊接絕對(duì)禁止用火燒的方式。熱縮時(shí)最好不動(dòng)明火，使用大功率工業(yè)電吹風(fēng)。

d. 冷縮電纜頭安裝時(shí)，線芯要與同軸相線保持距離，不能夠緊密接觸，避免相線對(duì)屏蔽層擊穿冷縮絕緣層。

e. 剝除半導(dǎo)體層時(shí)應(yīng)使用專用工具，避免劃傷主絕緣或使半導(dǎo)體物質(zhì)嵌入劃痕。

f. 固定電纜的抱箍卡固位置應(yīng)與三指套保持一定距離，而且一次抱緊，防止電纜滑脫。

g. 冷縮電纜頭接引安裝時(shí)，線芯絕緣要與裸導(dǎo)體及對(duì)地應(yīng)保持125 mm電氣凈距離。

3.2 電纜頭制作技術(shù)方案

利用該技術(shù)方案結(jié)合了冷縮電纜頭和熱縮電纜頭的優(yōu)點(diǎn)，利用冷縮頭三指套不動(dòng)火制作工藝，保證三指套部位的絕緣強(qiáng)度；利用熱縮頭外絕緣包覆性好的優(yōu)點(diǎn)，保證電纜頭的機(jī)械強(qiáng)度，具體方案如下：

a. 對(duì)半導(dǎo)體層和屏蔽層的剝除長(zhǎng)度沿用熱縮電纜頭的工藝標(biāo)準(zhǔn)。

b. 鋼鎧和屏蔽層地線連接方式使用冷縮電纜頭工藝標(biāo)準(zhǔn)，即改用彈簧鋼卡帶卡固。

c. 三指套部位采用熱縮電纜頭的工藝標(biāo)準(zhǔn)，使填充膠融化，使三指套部位及內(nèi)部凝固成為一個(gè)整體，增強(qiáng)包覆性。

d. 除按要求安裝疏散應(yīng)力管外，在整根主絕緣外均勻涂抹經(jīng)絕緣檢驗(yàn)的絕緣硅脂。電纜在彎曲時(shí)，熱縮層能夠自由滑動(dòng)，避免褶皺現(xiàn)象，同時(shí)還提高了絕緣層的防潮性能。

e. 線芯絕緣層根據(jù)需要任意選擇冷縮型或熱縮型絕緣管，不使用冷縮電纜頭的錐形終端。

f. 熱縮工具使用大功率工業(yè)電吹風(fēng)，不動(dòng)明火。

4 結(jié)束語(yǔ)

該技術(shù)方案在辛興、軍城、五人橋等變電站進(jìn)行了4條電纜的制作、安裝嘗試，現(xiàn)已運(yùn)行3年，效果良好。遵守電纜頭制作、安裝工藝要點(diǎn)，并優(yōu)化制作工藝方案，能夠提高電纜頭的工藝水平，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，對(duì)同行業(yè)其他單位有較好的借鑒意義。