10kV冷縮電纜終端故障原因分析及防范措施

于洪乾 岳建寧 王夫光

（寧波萬華聚氨酯有限公司，浙江 寧波 315812）

寧波萬華聚氨酯有限公司某新建裝置 4臺10/0.4kV變壓器自2011年11月1日投運(yùn)以來，先后在2011年12月26日和2013年2月13日發(fā)生4#變壓器和2#變壓器10kV動力電纜冷縮終端擊穿短路事故，兩次事故均造成故障電纜終端著火損壞、變壓器饋電柜零序保護(hù)動作跳閘、裝置停車等嚴(yán)重后果。

本文重點介紹#2變壓器10kV動力電纜故障原因分析、電纜終端制作工藝錯誤做法以及制作時相應(yīng)防范措施。通過這些事故的分析和總結(jié)可以提高我們電纜終端制作工藝及維護(hù)水平，同時為相關(guān)人員提供參考，避免類似事故發(fā)生。

1 10kV電纜終端故障產(chǎn)生原因分析

高壓電纜終端按照故障產(chǎn)生的原因大致分為以下幾類：廠家制造原因、高壓電纜終端制作工藝、機(jī)械損傷、系統(tǒng)過電壓擊穿等四大類，下面針對這幾種情況進(jìn)行分析。

1.1 系統(tǒng)過電壓

根據(jù)變電所自動化系統(tǒng)監(jiān)控后臺曲線記錄來看，自變壓器投運(yùn)后系統(tǒng)未發(fā)生過過電壓現(xiàn)象。

1.2 廠家制造原因和機(jī)械損傷

故障電纜終端送到電纜終端制造廠電力技術(shù)部進(jìn)行檢驗，可以排除是電纜終端質(zhì)量和外機(jī)械損傷造成電纜故障，建議從高壓電纜終端制作工藝角度進(jìn)行原因分析。

1.3 10kV故障電纜終端解剖分析

4#及2#變壓器10kV電纜終端絕緣擊穿灼傷部位分別如圖1和圖2所示。

圖1 4#變電纜終端接地部位的照片

圖2 2#變電纜終端接地部位的照片

圖3是事故電纜A相（故障相）事故照片，通過圖3可以看出電纜終端銅屏蔽層斷口與外半導(dǎo)體對接處絕緣擊穿燒毀。

圖3 2#電纜終端事故電纜故障相照片

圖4是事故電纜B相及C相（正常相）解剖圖，從中可以看出雖然其尚未發(fā)生絕緣擊穿故障，但外半導(dǎo)體與銅屏蔽處絕緣已劣化。通 B、C相解剖發(fā)現(xiàn)電纜終端存在極其錯誤的制作工藝問題。

圖4 2#電纜終端事故電纜正常相解剖圖

1）從圖3及圖4可看出故障相及非故障相銅屏蔽層斷口處均留有尖角毛刺，容易產(chǎn)生放電。

2）從圖4中可以看到銅屏蔽層末端PVC膠帶（防止銅屏蔽層散落繞包）未及時拆除，銅屏蔽與外半導(dǎo)體搭接處未用半導(dǎo)電帶做纏繞搭接過渡處理。纏繞半導(dǎo)電可消除搭接處間隙。更重要的是銅屏蔽與外半導(dǎo)電過渡處搭接纏繞半導(dǎo)電帶可保證連接處等電位，從而避免在絕緣層與銅屏蔽之間發(fā)生局部放電（絕緣層與外半導(dǎo)體層等電位）。

3）從圖4 中可看出電纜外半導(dǎo)體層不夠圓整、斷口有尖角，未用硅脂填充電纜絕緣半導(dǎo)體層斷口處氣隙以消除電暈。

4）從圖 4中可以看出電纜外半導(dǎo)體層與銅屏蔽層過度間距達(dá) 200mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)定要求的15～20mm的過度，銅屏蔽層切斷過長。

5）安裝限位線定位錯誤，按冷縮終端安裝說明要求從電纜外半導(dǎo)體層斷口往下 50mm做為冷縮終端的收縮基準(zhǔn)。圖4實際測量從電纜外半導(dǎo)體層端口往下10mm做為施工時收縮基準(zhǔn)，不符合說明要求。

6）圖 4解剖可看出施工人員在剝切電纜半導(dǎo)體層用力不當(dāng)，導(dǎo)致電纜主絕緣層表面留有傷痕，容易存在氣隙，同時表面未做打磨清洗處理。

7）從圖4中可以看出應(yīng)力管與電纜外半導(dǎo)體層和銅屏蔽層均未形成任何搭接，此制作方法嚴(yán)重違反電纜終端的制作工藝，制作電纜終端要求應(yīng)力管與銅屏蔽連接時必須有10～20mm的搭接，這是制作電纜終端時最重要的步驟。要使電纜可靠運(yùn)行，電纜終端制作中應(yīng)力管非常重要，而應(yīng)力管是在不破壞主絕緣層的基礎(chǔ)上，才能達(dá)到分散電應(yīng)力的效果。結(jié)合圖 1、圖 2電纜終端故障位置、故障現(xiàn)象及實際解剖情況判斷這兩次電纜終端故障都是由于銅屏蔽層切斷過長，應(yīng)力管安裝位置錯誤（冷縮應(yīng)力管與銅屏蔽及電纜外半導(dǎo)體層未形成任何搭接)導(dǎo)致應(yīng)力管失效，未起到疏散外半導(dǎo)體層斷口集中應(yīng)力引起絕緣老化放電擊穿。所以說圖4沒有按制作工藝要求制作，若不及時處理隨著時間推移非故障相也將發(fā)生電纜外屏蔽層切斷處絕緣擊穿問題。圖 4所示應(yīng)力管為早期設(shè)計。新型冷縮應(yīng)力管設(shè)計如圖5所示，通過直接嵌入冷縮終端內(nèi)部來實現(xiàn)電應(yīng)力控制。

圖5 10kV冷縮電纜終端解剖圖

以上分析是施工人員 10kV交聯(lián)聚乙烯冷縮電纜終端制作過程中出現(xiàn)的幾種錯誤做法，同時出現(xiàn)這幾種錯誤說明施工人員沒有按照終端安裝說明進(jìn)行制作，同時反映其對電纜終端制作工藝中的防范對策及注意事項認(rèn)識不清，這樣的電纜終端投用后運(yùn)行質(zhì)量沒有任何保障，遲早要出現(xiàn)問題。還有錯誤做法是將應(yīng)力管直接搭接至三指套根部或壓接端子處，這也是錯誤的做法，這樣使應(yīng)力管的有效電應(yīng)力擴(kuò)散距離變小，使銅屏蔽層斷口處電應(yīng)力相對較大，也有可能造成絕緣擊穿事故。

3 電纜終端制作防范措施

鑒于前期施工人員在施工過程中出現(xiàn)若干問題，新電纜終端制作期間業(yè)主單位安排專人對施工人員制作過程進(jìn)行全程監(jiān)督，主要從以下幾個防范措施進(jìn)行監(jiān)控。

1）施工前仔細(xì)閱讀安裝工藝說明書，核對電纜冷縮終端附件清單，施工過程中嚴(yán)格按照圖6標(biāo)尺尺寸要求進(jìn)行。

圖6 10kV冷縮電纜終端推薦做法

2）嚴(yán)格控制電纜剝切尺寸，每剝除一層不可傷及內(nèi)層結(jié)構(gòu)。

3）剝切銅屏蔽層時，應(yīng)用細(xì)扎絲或扎帶扎好，使斷口處不產(chǎn)生尖角毛刺。電纜絕緣層剝切后，應(yīng)用細(xì)砂紙仔細(xì)打磨主絕緣層表面，使其光滑無刀痕及半導(dǎo)體殘留顆粒。

4）外半導(dǎo)體層斷面應(yīng)光滑平整，與絕緣層的過渡應(yīng)光滑，斷口處最好倒角。外半導(dǎo)體層與銅屏蔽帶搭接處需用半導(dǎo)電帶做纏繞搭接處理，避免搭接處產(chǎn)生間隙及電位差而導(dǎo)致局部放電。用硅脂填充電纜絕緣與外半導(dǎo)體層斷口處的氣隙以消除電暈。

5）根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗在固定冷縮指套、冷縮管及冷縮終端前建議纏繞一層絕緣自粘帶，防止塑料支撐條抽出時劃傷銅屏蔽、外半導(dǎo)體層及絕緣層。

6）附件的尺寸與待安裝的電纜尺寸配合要嚴(yán)格符合圖6規(guī)定的要求，特別是應(yīng)力管與絕緣屏蔽及銅屏蔽層接觸長度不少于 10mm，以防收縮時應(yīng)力管與屏蔽層脫離，起不到疏散電應(yīng)力作用。

4 電纜終端巡查檢測

對全廠電纜終端尤其是該新建裝置 10kV變壓器饋線電纜冷縮終端進(jìn)行全面的巡查。檢查過程中發(fā)現(xiàn) 1#及 3#電纜終端銅屏蔽層斷口處對應(yīng)冷縮直管外表面已出現(xiàn)放電痕跡。由于這批電纜終端是由同一位施工人員制作完成，考慮對其制作的電纜終端進(jìn)行全部更換重新制作，從源頭上消除其可能對生產(chǎn)帶來的安全隱患。

在檢測全廠其他區(qū)域電纜終端是否合格時考慮在采用交流試驗方法的基礎(chǔ)之上引入在線局部放電檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)制作過程中產(chǎn)生的微小氣隙及安裝中存在的微小絕緣擠壓受損缺陷。這些缺陷都會在日后的運(yùn)行中逐漸發(fā)展而威脅設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文的總結(jié)及介紹，除提高自身的技能外，同時希望給電纜終端施工人員及維護(hù)人員以參考，從原理上掌握 10kV冷縮終端的制作工藝及施工過程中的相關(guān)防范措施，提高電纜附件運(yùn)行的可靠性及使用壽命，避免類似事故發(fā)生。

[1] 姜顯軍,孫小春,王立平.10kV電纜終端故障產(chǎn)生的原因分析及制作工藝要求[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報：自然科學(xué)版,2012(5).

[2] GB50168-2006.電纜線路施工及驗收規(guī)范.

[3] 深圳沃爾核材股份有限公司8.7/15KV硅橡膠冷縮戶內(nèi)、戶外終端安裝說明.