工矿企业高压电缆头设计施工方法分析

安瑞斌

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

电缆是工矿企业电能输送必不可少的材料，一旦电缆发生故障,不仅中断企业生产正常进行，而且可能引起一连串的恶性连锁反应,德兴铜矿富家坞变电站是于2007年建成投产的35kV总降压变电站，主要用于富家坞采区及粗碎站等重要生产负荷的供电。该站设计基本采用了国内先进设备，基本具备了无人值守技术。但由于站内两条进线所处自然环境比较恶劣，频频发生进线放电现象，严重时会造成相间短路，致使该变电站无法充分发挥出其先进性。变电站进线电缆接头施工质量直接关系到进线电缆能否安全运行。

2 高压交联电缆在国内的使用状况

在国内工矿企业中，存在由于施工设备及施工技能不专业，导致高压交联电缆施工部位电场内存在尖端、毛刺、杂质或水分，但这些缺陷在事故发生后绝大多数会遭到破坏，从而导致事故无法定论。我们只有从一些表面现象去分析可能造成事故的原因［1］。通过事故多方面因素分析，提高生产厂家的生产质量、施工单位的施工水平及技能、设计部门的合理设计以及运行维护部门的运行维护水平。因为在国内高压交联电缆的使用起步较晚，最早投运时间是大概为1988年，运行时间约为20年左右，大部分都是在1996年之后投入的，运行时间不到20年。结合国外的一些运行经验，按照交联电缆运行寿命30年考虑并，我国的高压交联电缆还未进人事故高发期，所以，目前经常发生的高压交联电缆事故中，基本属于在制造和安装过程中的一些小缺陷导致的，而非长期运行老化导致。

3 德兴铜矿富家坞变电站现状

变电站所地处低凹处，三面环山 ，空气湿度大，且变电站位于碎矿附近，粉尘大，变电站负荷波动范围也较大。如此的自然环境无疑对电缆终端的材料及施工工艺都是极大的考验。由于施工方便和价格便宜的原因，目前极少使用安全性较好的预制式终端，而喜欢采用热缩、冷缩式终端。且生产厂家繁多，不免鱼龙混杂，有性能不佳的产品可能被使用。若该产品抗恶劣环境能力差，在运行中，弹性及密封性变差，易吸入潮气，电缆发生水树老化的现象，绝缘遭到破坏，引发事故。

2008-2010年电缆终端共发生19次事故,其中安装质量占11次、材料质量及其他占8次。可见电缆施工和附件制作质量欠佳是造成故障的主要原因之一。

图1 故障电缆头实物图

4 电缆终端施工的基本要求及技术要点

4.1 电缆终端施工的基本要求

6kV及以上高压电缆有导体、绝缘、屏蔽和护层这四个结构层。作为电缆线路组成部分的电缆终端、电缆接头，必须使电缆的四个结构层分别得到延续。在电缆线路的故障统计中，电缆终端和电缆接头的故障次数，往往占据了相当大的比例。为了电缆输配电线路的安全运行，应当在以下几个方面，确保电缆终端和电缆接头的质量。

（1）导体连接良好［2］。电缆制作中，必须确保电缆导体必须与出线接梗、接线端子有良好的连接。接头处的接触电阻要尽可能小且要稳定。标准要求为，与同长度、同截面的电缆导体相比，接头部位的电阻比值应不大于1，经运行后，其比值应不大于1.20。电缆终端和电缆接头的导体连接试样，合格标准应能通过导体的温度大于电缆允许最高工作温度5℃的循环负荷试验，且需1秒短路热稳定试验合格。

（2）绝缘强度可靠。必须满足高压电缆在各种状态下长期安全运行的绝缘强度，并有一定的裕度。

由于在电缆终端和接头处，电缆金属护套和屏蔽层的断开，导致该部位电场分布较电缆本体复杂的多。在电缆终端存在轴向应力，电场集中分布在导体和金属护套处，且靠近金属护套边缘处的电场强度最大。因此，在电力终端和接头处，使用应力锥、反应力锥或应力管等工具，来降低轴向应力。

电缆接头必须有足够的增绕绝缘厚度，应力锥上端至导体露出部分的距离，即内绝缘距离必须满足规范和设计要求。电缆终端内外绝缘的配合有电器强度的配合以及自身、互相位置的配合，必须做到恰到好处，达到内外绝缘分布均匀。敞开式电缆终端要有屏蔽罩，在额定及工作电压下，高压端和接地端不应出现电晕放电现象。电缆终端和电缆接头试样还要通过交、直流耐压试验、冲击耐压试验和局部放电等电气试验，以确保电缆终端和电缆头的绝缘强度确实达到要求。

（3）密封良好。制作好的电缆终端和电缆头要能有效地防止外界水分或有害物质侵入绝缘，并能防止绝缘物质流失。所以在安装过程中必须仔细检查，做到一丝不苟。避免由于密封措施不良，而导致电缆在运行过程中发生故障。包绕填充胶：用电缆填充胶填充并包绕三芯分支处，绕包密封胶带时，先清洁电缆护套表面和电缆芯线，密封胶带的绕包最大直径应大于电缆外径约15mm，将地线包在其中［3］。

图2 包绕填充胶，固定三叉手套

（4）足够的机械强度。电缆终端和接头，应具有承受各种运行条件下产生机械应力的能力。电缆终端电瓷套管以及各电缆附件，都应具有足够的机械强度。对于固定敷设的电力电缆，其连接点的抗拉强度不得低于电缆导体本身抗拉强度的60%。

4.2 电力电缆附件施工技术要点

电力电缆附件的所有技术问题可以说主要是从两个方面来考虑和解决：

（1）从电场分布及其改善措施来考虑（即结构设计），改善电场分布的主要技术就是解决附件上出现的应力集中问题的处理技术。主要方法有：

①几何结构法，增加等效半径，即应力锥结构；

②电气参数法，增加周围媒质介电常数和和表面电容，即应力管结构；

③几何结构与电气参数结合法。

（2）从提高绝缘耐电强度来考虑（即材料选用和改善）。主要技术有：

①消除可能出现气隙和杂质的部位，特别是两种绝缘材料界面处杂质和气隙，用耐电强高的材料代替耐电强度低的材料，如用硅脂填充气隙。增加两种绝缘材料界面的压力以提高耐电强度。

②用半导电屏蔽把气隙屏蔽到工作场强之外，同时也改善了表面电场的分布。

4.3 几种电缆附件制作工艺

电缆附件安装工艺不合格是造成障碍的主要原因之一，包括附件质量接线端子、接管压接不良和制作过程中的电缆主绝缘、附件损伤。

为防止导体连接点，特别是中间接头连接管因压接不良发热、压钳的选择、工艺标准的制定是非常重要的，XLPE绝缘电力电缆所用连接金具必须遵照GB14135-93标准尺寸和形状。（见标准）。

表1 常用导体压接钳分类表

（1）点压工艺，使电缆导体和导电金具的连接部位产生较大塑性变形，压接后金具外形的变形也较大。因此，点压能使金具和导体得到良好的接触，构成良好的导电通路。但是，其连接机械强度比较差。

（2）围压工艺，导体外层塑性变形大，内层变形较小，导体和金具总体变形较小，导体外层塑性变形大，内层变形较小，导体和金具总体变形较小，轴向延伸明显。因此，导体跟金属的接触和点压相比要差些，但连接机械强度比较好。同时，围压的外形圆整性较好，有利于均匀电场。

根据点压和围压的特点，通常推荐按下列原则选用压接在模具：

（1）导体截面在240mm2及以下的接头或终端，采用点压；大于240mm2的采用围压。

（2）35kV、400mm2交联聚乙烯电缆接头，采用围压，有利于电场均匀。

（3）高压电缆接头，采用围压。并压两道，第一道用六角模具压接，第二道用圆形模具压接。

（4）凡应用预制件的接头，应采用围压。

5 富家坞变电站电缆终端故障主要原因分析

（1）施工人员技术水平有限，施工工艺不佳［4］。高压电缆头施工工艺要求很高很严格。高压电缆在运行中出现连接点发热的主要原因，除了施工材料和施工设备因素外，最关键是施工工艺不严禁和施工人员责任心不够。多数施工人员对施工机理不够了解,没有完全严格按工艺要求进行施工，最终造成了连接处往往达不到电气和机械强度。

（2）电缆接头的连接金具规格选用不当，使用效果差。高压电缆接头使用了按扇型导线生产的端子和压接管。虽然理论上扇形线芯同圆形线芯的有效截面大致相同。但经过运行效果来看，圆形线芯使用效果要好很多。

（3）接头制作过程压力不够，导致接触电阻过大。制作接头工艺及标准图中，没有详述压接面积和压接深度。施工人员根据施工经验压接，效果如何无法确定。

（4）绝缘材料耐热性能较差，散热较差。接头的绝缘和保护层还比电缆本体增加一倍多。接头确实均存在散热难度。

6 富家坞变电站电缆头最终施工方案

6.1 优化电缆设计

（1）加强了电缆及附件等设备和材料的选型。尽量选用质量可靠、工艺成熟、技术先进、具有能适应工矿企业环境条件下的电缆附件。

（2）提高电缆安装和施工质量［5］。电缆的安装和施工质量的重视程度必须放在第一位，选择专业的施工队伍和加强接头安装人员的技术水平和质量意识，严格按照安装工艺和流程进行施工是有效遏制电缆事故的重要途径。在电缆敷设时采用牵引方式，防止转弯处的侧压力过高，接头安装时要尽可能采用成熟先进的技术措施保证安装质量，消除可能出现气隙和杂质的部位，特别是两种绝缘材料界面处杂质和气隙，用耐电强高的材料代替耐电强度低的材料，如用硅脂填充气隙。增加两种绝缘材料界面的压力以提高耐电强度。同时采用了圆形线芯金具连接工艺，有效减小了接触电阻。

（3）选用模具吻合、好压接吨位大,压坑面积足,压接效果能满足技术要求的压接机具［6］。做好压接前压接界面的处理工作,并涂敷导电膏。

（4）用半导电屏蔽把气隙屏蔽到工作场强之外，同时也改善了表面电场的分布。

6.2 制定措施，除潮有效

（1）加大运行监测力度。运行的高压电缆以前因为没有有效的监测手段，运行管理部门只能加强巡视，目前红外测温技术在电力系统已经普遍应用，一些地方还在接头部位安装了温度传感监测系统，对电缆的关键部位进行了实时监控。同时局部放电技术已经进入实用阶段。各运行人员根据实际情况开发或采用相应的检测手段，基本做到了提前预防。

（2）选购和采用了合理的除潮设备，并将除潮设备合理布置。并制定了合理的设备定时投运制度，不断总结提高，确保经济可靠工作。

7 效果检查

通过改造，富家坞进线电缆故障得到明显的改善。改造后的两年内设备均运行良好，没有发生一次放电及其他故障。使用寿命得到很大程度延长。不但为厂里节约了维修费用，同时确保了大山厂和采矿厂的安全可靠供电。经济效益不可估量。

8 结束语

如今市场电缆附件品种杂乱，施工人员质量意识及技术水平高低不一等原因，加之电缆接头的接触力和实际接触面积是随着接头在运行中所处环境条件的不同变化而变化,很容易发生电缆故障，直接影响电电力系统的安全可靠运行［7］。这就要求电缆施工部门，严格把控电缆附件进货渠道，不断提高施工技术水平和施工人员责任心。只有严格按照电缆施工标准施工，加之施工工艺的不断改进。方能使电缆接头发热问题得到有效控制。

［1］张庆达. 电缆实用技术手册[K]. 北京: 中国电力出版社, 2006:9-15

［2］于景丰, 赵锋. 电力电缆实用技术[K]. 北京: 中国水利水电出版社,2003:24-26

［3］人力资源和社会保障部教材办公室. 电工材料[K]. 北京: 中国劳动社会保障出版社, 2011:27-29

［4］王卫东. 电缆工艺技术原理及应用[M]. 北京: 机械工业出版社,2011:14-17

［5］戴军. 高压交联电缆接头故障原因及对策[J]. 黑龙江科技信息,2011(5):5-9

［6］赵云平. 矿用交联电缆接头故障原因及对策[J]. 科学之友(B版),200(1):10-12

［7］李华春, 周作春, 陈平. 110kV及以上高压交联电缆系统故障分析[J].电力设备, 2004(8):23-26