淺談電力電纜頭故障原因及防范措施

廣東電網(wǎng)有限責任公司茂名茂南供電局高山供電所 李 杰

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加速，電力建設進程相應也加快，用電負荷不斷上升，分布愈加密集。高壓電力傳輸有以下兩種方式：架空線路和地下電纜，為了解決城市建設和電力建設的矛盾，地下電纜敷設方式逐漸得到了廣泛的應用。然而電纜頭作為電纜線路中脆弱的一環(huán)，電纜頭故障在電纜故障中占有一定比例，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行。由于電纜頭制作工藝不同以及電纜運行環(huán)境不一，造成故障的原因多樣，通過對電纜頭故障進行原因分析，提出有效的防范措施，對電纜線路的安全穩(wěn)定運行具有積極意義。

1 電纜頭的故障原因分析

常見電纜頭故障原因主要來自電纜的運行環(huán)境、電纜頭制作工藝、電纜材料質(zhì)量等，下文對電纜頭故障的各種原因進行詳細分析。

絕緣受潮。由于電纜頭的制作破壞了電纜原有的良好密封結構，容易被水分子有機可乘。電纜頭絕緣受潮引起絕緣強度降低，會導致電纜在運行中負載能力下降，局部過熱、起泡、放電等現(xiàn)象，絕緣介質(zhì)間隙發(fā)生的局部放電能緩慢地擴散，經(jīng)無數(shù)次放電，炭化的樹枝狀導電通道會越來越多，待水分在各絕緣層間隙縱向滲透時，會發(fā)生電纜絕緣擊穿破壞。電纜頭受潮后，在電場的作用下，會產(chǎn)生水樹枝老化現(xiàn)象，加速電纜頭絕緣的老化，降低電纜的使用壽命[1]。

連接處壓力不足。電纜與設備連接或者電纜拼接的過程中，無論是電纜終端頭還是電纜中間頭，均會在連接處產(chǎn)生接觸電阻。接觸電阻主要受接觸件材料、正壓力、接觸面積、接觸面的清潔程度等的影響。電纜終端與外部設備連接時，如果連接處固定不牢靠，會導致連接松動、變形，增大接觸電阻，發(fā)熱大于散熱導致故障；電纜中間頭制作時，如果壓接機壓力不足，或是壓接空隙過大，則會導致連接壓力不夠，從而降低連接處的質(zhì)量，很容易引起電纜頭故障[2]。

電纜頭制作密封不良。由于電纜開關柜或環(huán)網(wǎng)柜密封設施老化、電纜終端頭封帽密封不嚴、封帽受損或者電纜中間接頭盒密封性能差，容易引起水分子或者其他雜質(zhì)的侵入。因為戶外終端常年經(jīng)受大氣、溫度和干、濕等氣候條件的影響，對密封性較為敏感。一旦水分進入電纜頭，逐漸使絕緣受潮，會導致絕緣擊穿，甚至爆炸[3]。

機械損傷。造成電纜頭的機械損傷有多種原因。在電纜頭制作時工藝不精，工具劃傷電纜，損壞絕緣層；在電纜安裝時因機械牽引力過大而拉傷電纜，因起重機械吊裝意外磕碰損傷電纜頭；電纜頭在安裝時因施工不當過度彎曲受到損傷，導致電纜頭在運行時的電場分布更加不均勻；因外部環(huán)境溫度、濕度、壓力等因素造成電纜頭內(nèi)絕緣膠墊、密封膠墊，或內(nèi)外絕緣管套等材料膨脹而導致電纜頭外殼脹裂；因電纜長度預留不足或者電纜溝環(huán)境的變化，電纜頭長期處于繃緊拉扯狀態(tài)，會造成終端導體或中間接頭機械損傷。

內(nèi)外部污穢影響。由于電纜頭制作環(huán)境惡劣，防污防塵措施未執(zhí)行到位，電纜頭各層的污跡未清理干凈，導致電纜頭內(nèi)部存有污穢。在干燥情況下，污穢層電阻較大，對電纜運行影響較小，但當電纜頭受潮后，污穢層被濕潤，會加速水樹枝和電樹枝的擴散。而由于電纜頭安裝位置的環(huán)境影響，還會導致電纜頭產(chǎn)生表面污穢層，受潮后，在高壓影響下產(chǎn)生沿面放電現(xiàn)象，導致發(fā)生故障。

長期過載運行。本文就某地區(qū)常用的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜來說，小于或等于10kV電壓等級的電纜工作最高允許溫度為90℃，而大于10kV電壓等級的電纜工作最高允許溫度為80℃，當電纜長期處于滿載或超載狀態(tài)運行時，會長期超過電纜工作的最高允許溫度，加速絕緣材料的老化，降低材料的絕緣性能和機械性能，容易發(fā)生擊穿著火燃燒。

過電壓。分外部過電壓和內(nèi)部過電壓兩大類。外部過電壓是由大氣中的雷云對地面放電而引起的，又稱為大氣過電壓、雷電過電壓，其又分為感應雷過電壓和直擊雷過電壓。雷電過電壓往往持續(xù)幾十微秒，其脈沖特性會導致電纜絕緣的破壞，引起短路故障；內(nèi)部過電壓是由于電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式發(fā)生改變而引起的過電壓，有暫態(tài)過電壓、操作過電壓和諧振過電壓，如電纜頭絕緣受損或相間距離不足，會降低電纜頭的耐受電壓值，在內(nèi)部過電壓的影響下會加速造成接地、短路、閃絡擊穿等現(xiàn)象[4]。

2 故障防范措施

2.1 選用合適的電纜頭制作材料

根據(jù)電纜類型及運行環(huán)境選擇符合國家標準、工藝成熟、質(zhì)量可靠、技術先進、適應運行環(huán)境和條件的電纜頭制作材料，是保證電纜安全穩(wěn)定運行的重要措施。盡量以冷縮電纜頭材料代替熱縮電纜頭材料，因為冷縮電纜頭采用彈性較好的硅橡膠材料，可避免由于電纜負載高低，或大氣環(huán)境的影響產(chǎn)生的熱脹冷縮現(xiàn)象，其具有更為優(yōu)異的絕緣性能、密封性能和電場分布特性，而且施工難度也更低，可避免熱縮套管加熱不均勻產(chǎn)生氣泡。檢查明確現(xiàn)場電纜頭制作材料的規(guī)格與電纜規(guī)格型號相符，以免造成收縮不緊密，導致雜質(zhì)侵入電纜內(nèi)部。

2.2 加強對電纜頭制作工藝的要求

重視對施工人員電纜頭制作工藝的培訓，提高對電纜頭各類故障的防范意識，通過過程監(jiān)管、績效考核、分包責任等方式提高施工人員的責任心和積極性。控制好電纜頭制作的環(huán)境條件，制作前應清理干凈制作地點的雜物、灰塵等；如果天氣環(huán)境不佳，還應采取措施，防止雨雪、風沙、灰塵等雜質(zhì)的干擾，影響電纜頭質(zhì)量，如環(huán)境條件不許可，則要改期或更改地點進行電纜頭制作；電纜頭制作工具需要擦洗干凈，制作附件放置在無污染地點；盡量縮短制作時間，如無特殊情況制作過程不得間斷。

嚴格按照規(guī)定的尺寸和工藝進行電纜頭制作，注意制作過程中的細節(jié)問題，剝切電纜銅屏蔽帶、半導體層時，控制好用刀力度，以免傷及絕緣層，影響電纜頭的絕緣性能；打磨去除各層剝切口的毛刺棱角，保持平整光滑；清理干凈主絕緣上的殘留物，并用電纜清潔紙擦拭主絕緣層和銅導線，保持表面清潔；保證接地編織線與屏蔽層和鎧裝層連接的接觸良好可靠；必須正確使用密封膠帶，在安裝冷縮套管時，要確保套管的密封性和完好性。

2.3 規(guī)范電纜頭安裝管理標準

電纜頭安裝時，應避免電纜過度彎曲，或電纜長度預留不足以致給電纜頭連接處施加作用力，處于繃緊拉扯狀態(tài)。如果設備內(nèi)的電纜頭安裝空間相對狹小，可通過改善配套的基礎設施構筑物結構、增長電纜頭線芯制作的長度來解決。電纜溝應設置有良好的排水系統(tǒng)，避免電纜長時間浸泡在水中，導致水分侵入電纜內(nèi)部。做好電纜頭與設備連接處的防水防潮設計，可增高設備安裝基礎、加裝電纜頭密封罩。電纜頭安裝要有足夠的相間絕緣距離和與設備其他部分的安全距離，每相均應裝設相應電壓等級的避雷器，且避雷器接地應良好。應力錐是改善電纜絕緣屏蔽層電場分布的最有效的附件，在電纜頭安裝時，要避免應力錐等與設備的碰撞，造成應力錐等材料的破損。

2.4 盡量避免電纜線路的重合閘

相互靠近的兩平行電線間存在著電容，電纜在一定程度上相當于一個大電容，電纜越長，電容效應越明顯。當電纜在運行中出現(xiàn)故障突然斷電時，原本儲存的電荷不能立即釋放，如果在這時進行重合閘再送電操作，相對于把高電壓突然連到一個原本帶高壓電的電容上，會產(chǎn)生較大的沖擊電流，此時的電纜將承受雙倍甚至更高的過電壓沖擊，電容越大，其過電壓也越高，會導致電纜擊穿損壞，而電纜頭作為較脆弱的一環(huán)，此時更容易損壞。

另外，電纜線路故障和架空線路故障不一樣，絕緣子表面閃絡、超高樹木放電、小動物放電等瞬時故障原因較少，一般為永久性故障，以絕緣擊穿原因為主，重合成功率低，重合閘會帶來嚴重的操作過電壓和短路沖擊，加劇絕緣的損壞，讓系統(tǒng)再一次承受故障沖擊，甚至擴大故障的影響范圍。所以，電纜線路應盡量避免重合閘。

2.5 定期巡視、試驗，并整理故障庫

定期巡視、檢查電纜頭安裝地點的環(huán)境，尤其是在惡劣天氣及電纜高負荷運行等情況下更要加大巡視、檢查的力度，如發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度過高或者有小動物、雜物等的干擾，需及時處理，保證出入口、通風口防水、防小動物等相關設施的完好性。定期檢查電纜頭外觀，清理電纜頭絕緣表面的污穢，防止閃絡，如果絕緣套管有裂紋、腐蝕等絕緣遭到嚴重破壞的現(xiàn)象，應及時停止運行，重新制作電纜頭。定期對電纜頭進行預防性試驗，并用紅外熱像儀測量電纜頭和其他電氣設備的連接點是否有過熱現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)電纜頭絕緣不良或者連接處過熱，應重做電纜頭或者重新進行連接。如發(fā)生電纜頭故障，需要及時收集資料進行分析，建立相關的故障及防范與處理措施檔案，便于吸取經(jīng)驗教訓，并做好以后的故障預防，防患于未然。

3 案例分析

2021年7 月中下旬，某工業(yè)園10kV環(huán)網(wǎng)柜F04饋線三芯交聯(lián)聚乙烯電纜終端頭發(fā)生爆炸，故障電纜頭整體損壞，其中B相損壞程度最嚴重。

圖1 故障電纜終端頭

圖2 電纜終端頭B相受損情況

3.1 故障情況

電纜終端倉被嚴重熏黑，甚至發(fā)生了形變；電纜終端絕緣材料已被嚴重燒蝕，電纜出線口附近布滿灰燼；A、C相絕緣表面覆蓋了大量燒蝕后形成的碳化物，靠近B相側(cè)的絕緣部分受損最嚴重；B相與設備連接點已經(jīng)斷裂，肘型絕緣凝套及應力錐已被燒毀，線芯扭曲變形。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜下的電纜溝充滿積水，電纜大部分浸泡在水中；環(huán)網(wǎng)柜門密封設施已有所損壞；電纜出線口松動，密封材料封堵有缺口；電纜終端倉上部的開關也被燒壞。

3.2 故障原因分析

電纜頭絕緣部分由橡膠、塑料等可燃物組成，在電弧或者高溫的情況下會發(fā)生起火爆炸。經(jīng)過對電纜頭故障情況及周圍環(huán)境進行分析，此次故障的原因有以下幾點。

由于臺風天氣原因，空氣濕度較高，雨水充足，而電纜溝排水能力不足，環(huán)網(wǎng)柜密封設施老化，導致電纜終端倉濕度過高，而電纜頭外殼老化損傷，有水汽甚至因此進入內(nèi)部，在絕緣層上或者各層間隙中形成水樹枝，由于電場的作用，會使得水樹枝逐漸擴大，導致發(fā)生局部放電，最終導致絕緣擊穿；因為電纜頭與設備的距離、相間距離較近，絕緣材料因水樹枝和電樹枝的影響已遭到破壞，電纜頭整體絕緣環(huán)境較差，容易發(fā)生相間放電或者相對地放電的現(xiàn)象。

臺風天氣容易發(fā)生雷擊過電壓，造成系統(tǒng)電流增大，而電流增大使電纜頭連接處接觸電阻增大，同時產(chǎn)生高溫，致絕緣材料絕緣性能降低，且電纜頭受水汽影響，耐受電壓值下降，在過電壓的影響下加速發(fā)生絕緣擊穿；B相纜芯的嚴重扭曲形變可能是因為在安裝該電纜頭時操作不當，B相端子鉗壓方向和位置有偏差，強制安裝導致纜芯扭曲、線芯排列松弛，在電流的作用下扭曲處電場容易激變，發(fā)生局部放電、局部過熱，造成絕緣受損、銅線斷裂。

4 結語

為了保證電網(wǎng)各方面的安全可靠性，對電網(wǎng)各種故障進行案例收集、原因分析，并逐漸完善防范措施和處理措施，建立完整的故障庫，對于減少電網(wǎng)故障或者降低電網(wǎng)故障帶來的危害具有很重大的意義。電纜頭故障在電纜線路故障中占有較大比例，作為電纜運行中的關鍵環(huán)節(jié)，電纜頭對電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運行有重大的作用，通過選用合適的電纜頭制作材料、加強對電纜頭制作工藝的要求、規(guī)范電纜頭安裝管理標準、避免電纜線路的重合閘、定期開展巡視試驗等各項措施，提前消除影響電纜頭穩(wěn)定的各項因素，對提高電纜線路供電的可靠性有積極意義。