10KV交聯(lián)電纜終端頭故障原因分析及整改措施

趙武臣 呂學(xué)軍

摘要：本文通過(guò)某電廠10KV交聯(lián)聚乙烯動(dòng)力電纜終端頭故障現(xiàn)象，結(jié)合電纜及熱縮終端頭的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了分析，闡述了電纜熱縮終端頭各部件作用原理、制作工藝及電纜熱縮終端頭制作過(guò)程中采取的措施。

關(guān)鍵詞：10KV；電纜終端頭；制作工藝

引言

某電廠自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，先后多次發(fā)生10KV動(dòng)力電纜終端頭運(yùn)行中絕緣擊穿、保護(hù)跳閘事件，其中高壓電動(dòng)機(jī)2次、低壓廠用變6次，4次造成機(jī)組減負(fù)荷甚至險(xiǎn)些停機(jī)的嚴(yán)重后果，故障發(fā)生時(shí)嚴(yán)重威脅附近巡視人員的安全。

通過(guò)對(duì)以往10KV電纜終端頭故障現(xiàn)象的總結(jié)和分析，認(rèn)為施工人員電纜頭制作工藝不良是造成故障的重要原因，現(xiàn)對(duì)10KV交聯(lián)聚乙烯電纜熱縮終端頭制作工藝過(guò)程及注意事項(xiàng)進(jìn)行分析研究，提高施工人員電纜終端頭制作工藝水平，同時(shí)為相關(guān)人員提供參考，避免類似事故發(fā)生。

1. 10KV電纜終端頭故障現(xiàn)象

高壓電纜終端頭故障原因可能有多種，如電纜或電纜熱縮終端頭質(zhì)量缺陷、電纜頭受外力破壞、電纜頭制作工藝不良等原因。但通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象的觀察和取證，該電廠幾次10KV電纜終端頭故障現(xiàn)象一致，均是在電纜頭三叉口附近半導(dǎo)層與主絕緣交界處擊穿，主絕緣出現(xiàn)直徑3-6mm孔洞，半導(dǎo)層及銅屏蔽層有電弧燒痕，熱縮絕緣護(hù)套外表無(wú)磨損和卡破情況，說(shuō)明幾次故障原因相同。見(jiàn)下圖。

2 10KV電纜終端頭故障原因分析

從交聯(lián)聚乙烯電纜的結(jié)構(gòu)中可以看出，在電纜主絕緣層外面有一層半導(dǎo)體層和銅屏蔽層，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；同樣在絕緣表面和銅屏蔽層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，與外面的銅屏蔽層等電位，從而避免在絕緣層與銅屏蔽層之間發(fā)生局部放電，這一層屏蔽為外屏蔽層；銅屏蔽層的作用，在正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)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。在制作高壓電纜頭時(shí)，為滿足爬電距離，需要將半導(dǎo)層和銅屏蔽層剝?nèi)ヒ欢危趧冸x的交界處，會(huì)有強(qiáng)烈的電場(chǎng)畸變，對(duì)交界處的主絕緣造成傷害。

從理論上分析電纜電場(chǎng)分布情況：高壓電纜每一相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導(dǎo)電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場(chǎng)。也就是說(shuō)，正常電纜的電場(chǎng)只有從銅導(dǎo)線沿半徑向銅屏蔽層的電力線，沒(méi)有芯線軸向的電場(chǎng)（電力線），電場(chǎng)分布是均勻的。在做電纜頭時(shí)，剝?nèi)チ似帘螌樱淖兞穗娎|原有的電場(chǎng)分布，將產(chǎn)生對(duì)絕緣極為不利的切向電場(chǎng)（沿導(dǎo)線軸向的電力線）。在剝?nèi)テ帘螌有揪€的電力線向屏蔽層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位。電纜最容易擊穿的屏蔽層斷口處，應(yīng)采取措施分散這集中的電力線（電應(yīng)力），用介電常數(shù)為20～30，體積電阻率為108～1012Ω·cm 材料制作的電應(yīng)力控制管（簡(jiǎn)稱應(yīng)力管），套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場(chǎng)應(yīng)力（電力線），保證電纜可靠運(yùn)行。

如果按照正確方法進(jìn)行電纜頭制作，就可以保證長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。而在發(fā)生的故障中，故障點(diǎn)全部在屏蔽層斷口處，且故障處電纜線處于懸空狀態(tài)，無(wú)外力破壞，說(shuō)明電纜頭應(yīng)力管沒(méi)有起到作用，在制作工藝上一定存在問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)故障點(diǎn)的剖析，發(fā)現(xiàn)故障電纜頭存在2點(diǎn)缺陷：一是在切斷電纜線銅屏蔽層的時(shí)候，為了不讓屏蔽層散開(kāi)，臨時(shí)用膠帶將斷口處銅屏蔽層纏緊，而在套應(yīng)力管時(shí)沒(méi)有將膠帶拆下，使應(yīng)力管沒(méi)有與銅屏蔽層接觸，失去均勻電場(chǎng)的作用，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后可能在半導(dǎo)層斷口處擊穿；二是在半導(dǎo)層斷口處，主絕緣表面形成一圈凹陷與擊穿孔洞相連，說(shuō)明在切割剝離半導(dǎo)層時(shí)，傷及主絕緣，雖然有應(yīng)力管存在，仍不能阻止傷口處空氣間隙放電，在長(zhǎng)時(shí)間電蝕作用下，主絕緣逐漸破壞，在半導(dǎo)層斷口周?chē)纬砂枷?，最終在傷口最深處擊穿，對(duì)半導(dǎo)層放電。所以電纜頭制作工藝不良，造成了電纜頭故障。

3 電纜終端頭制作的防范措施

電纜頭制作中工藝非常重要，工藝的好壞，直接決定電纜頭的使用壽命?？偨Y(jié)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作情況和有關(guān)規(guī)定，需做好如下五方面：

3.1為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場(chǎng)應(yīng)力分散，應(yīng)力管與銅屏蔽層的接觸長(zhǎng)度要求不小于20mm，短了會(huì)使應(yīng)力管的接觸面不足，應(yīng)力管上的電力線會(huì)傳導(dǎo)不足（因?yàn)閼?yīng)力管長(zhǎng)度是一定的），長(zhǎng)了會(huì)使電場(chǎng)分散區(qū)（段）減小，電場(chǎng)分散不足。一般在20～25mm左右。

10KV高壓電纜終端頭標(biāo)準(zhǔn)做法

3.2在施工現(xiàn)場(chǎng)一定要保證施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、灰塵不超標(biāo)。

3.3 在剝離外半導(dǎo)體層時(shí)，電纜刀一定要控制好切割深度，以防傷到電纜的主絕緣，但是在電纜剝半導(dǎo)體層難免會(huì)留下細(xì)小的劃痕，半導(dǎo)體物質(zhì)嵌入絕緣中必須清理干凈，再用紗布進(jìn)行軸向打磨，之后用火烤發(fā)亮之后在涂少量的硅脂。

3.4特別要注意用硅脂填充電纜絕緣半導(dǎo)電層斷口處的氣隙以排除氣體，達(dá)到減小局部放電的目的。

3.5 電纜終端頭接地：

三芯電力電纜接頭兩側(cè)電纜的金屬屏蔽層（或金屬套）、鎧裝層應(yīng)分別連接良好，不得中斷，終端處的金屬護(hù)層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應(yīng)錫焊接地線。電纜通過(guò)零序電流互感器時(shí)，電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對(duì)地絕緣，電纜接地點(diǎn)在互感器以下時(shí)，接地線應(yīng)直接接地；接地點(diǎn)在互感器以上時(shí)，接地線應(yīng)穿過(guò)互感器接地。

4 電纜終端頭試驗(yàn)及檢測(cè)

4.1交聯(lián)電纜的絕緣是由添加交聯(lián)劑的熱塑性塑料擠包、交聯(lián)制成的。在直流電場(chǎng)的空間電荷作用下，其絕緣性能會(huì)加速劣化，使用壽命會(huì)縮短，因此應(yīng)盡量避免高強(qiáng)度的直流耐壓試驗(yàn)。

4.2新投運(yùn)或重做電纜頭后的交聯(lián)電纜應(yīng)采用交流試驗(yàn)方法。采用這種方法試驗(yàn)時(shí)，輸出的正弦電壓波形接近電纜的運(yùn)行工況，試驗(yàn)電壓值低于直流耐壓試驗(yàn)值，且在測(cè)試中不會(huì)使有害的電荷注入絕緣材料。同時(shí)，可以無(wú)損傷地探測(cè)到電纜、電纜接頭及施工工藝的缺陷，對(duì)絕緣介質(zhì)中的電樹(shù)枝、水樹(shù)枝放電狀況有所改善，保證電纜的正常使用壽命。

4.3 交流耐壓試驗(yàn)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)制作過(guò)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(huì)在日后的運(yùn)行中逐漸發(fā)展而威脅設(shè)備的安全運(yùn)行，因此在檢測(cè)電纜終端頭是否合格時(shí)引入局部放電的測(cè)量是可以考慮的。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)組運(yùn)齡的增加，一些施工階段因制作工藝不良造成的電纜終端頭故障不斷顯露，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)主要是由于個(gè)別作業(yè)人員相同的錯(cuò)誤工藝造成的，特點(diǎn)比較明顯。高壓電纜終端頭故障的危害性十分嚴(yán)重，要想方設(shè)法加以避免，建議利用機(jī)組大修時(shí)間對(duì)重要電纜終端頭重新進(jìn)行制作，避免類似的事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]電力電纜（電線）及附件生產(chǎn)加工工藝與質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè). 安徽文化音像出版社，2003

[2]深圳科沃熱縮冷縮材料有限公司10KV熱縮型電纜附件安裝說(shuō)明書(shū)

作者簡(jiǎn)介：[1]趙武臣，1967年10月出生，科左后旗人，本科學(xué)歷，工程師。

（作者單位：國(guó)家電投內(nèi)蒙古智慧能源有限公司）