10KV交联电缆终端头故障原因分析及整改措施

赵武臣 吕学军

摘要：本文通过某电厂10KV交联聚乙烯动力电缆终端头故障现象，结合电缆及热缩终端头的结构原理进行了分析，阐述了电缆热缩终端头各部件作用原理、制作工艺及电缆热缩终端头制作过程中采取的措施。

关键词：10KV；电缆终端头；制作工艺

引言：

某电厂自机组投产以来，先后多次发生10KV动力电缆终端头运行中绝缘击穿、保护跳闸事件，其中高压电动机2次、低压厂用变6次，4次造成机组减负荷甚至险些停机的严重后果，故障发生时严重威胁附近巡视人员的安全。

通过对以往10KV电缆终端头故障现象的总结和分析，认为施工人员电缆头制作工艺不良是造成故障的重要原因，现对10KV交联聚乙烯电缆热缩终端头制作工艺过程及注意事项进行分析研究，提高施工人员电缆终端头制作工艺水平，同时为相关人员提供参考，避免类似事故发生。

1. 10KV电缆终端头故障现象

高压电缆终端头故障原因可能有多种，如电缆或电缆热缩终端头质量缺陷、电缆头受外力破坏、电缆头制作工艺不良等原因。但通过对故障现象的观察和取证，该电厂几次10KV电缆终端头故障现象一致，均是在电缆头三叉口附近半导层与主絕缘交界处击穿，主绝缘出现直径3-6mm孔洞，半导层及铜屏蔽层有电弧烧痕，热缩绝缘护套外表无磨损和卡破情况，说明几次故障原因相同。见下图。

2 10KV电缆终端头故障原因分析

从交联聚乙烯电缆的结构中可以看出，在电缆主绝缘层外面有一层半导体层和铜屏蔽层，在电缆结构上的所谓“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，这一层屏蔽为内屏蔽层；同样在绝缘表面和铜屏蔽层接触处也可能存在间隙，是引起局部放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与外面的铜屏蔽层等电位，从而避免在绝缘层与铜屏蔽层之间发生局部放电，这一层屏蔽为外屏蔽层；铜屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生短路时，作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。在制作高压电缆头时，为满足爬电距离，需要将半导层和铜屏蔽层剥去一段，而在剥离的交界处，会有强烈的电场畸变，对交界处的主绝缘造成伤害。

从理论上分析电缆电场分布情况：高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。也就是说，正常电缆的电场只有从铜导线沿半径向铜屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的。在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，应采取措施分散这集中的电力线（电应力），用介电常数为20～30，体积电阻率为108～1012Ω·cm 材料制作的电应力控制管（简称应力管），套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力（电力线），保证电缆可靠运行。

如果按照正确方法进行电缆头制作，就可以保证长期安全可靠运行。而在发生的故障中，故障点全部在屏蔽层断口处，且故障处电缆线处于悬空状态，无外力破坏，说明电缆头应力管没有起到作用，在制作工艺上一定存在问题。

通过对故障点的剖析，发现故障电缆头存在2点缺陷：一是在切断电缆线铜屏蔽层的时候，为了不让屏蔽层散开，临时用胶带将断口处铜屏蔽层缠紧，而在套应力管时没有将胶带拆下，使应力管没有与铜屏蔽层接触，失去均匀电场的作用，长时间运行后可能在半导层断口处击穿；二是在半导层断口处，主绝缘表面形成一圈凹陷与击穿孔洞相连，说明在切割剥离半导层时，伤及主绝缘，虽然有应力管存在，仍不能阻止伤口处空气间隙放电，在长时间电蚀作用下，主绝缘逐渐破坏，在半导层断口周围形成凹陷，最终在伤口最深处击穿，对半导层放电。所以电缆头制作工艺不良，造成了电缆头故障。

3 电缆终端头制作的防范措施

电缆头制作中工艺非常重要，工艺的好坏，直接决定电缆头的使用寿命。总结现场实际操作情况和有关规定，需做好如下五方面：

3.1为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，短了会使应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足（因为应力管长度是一定的），长了会使电场分散区（段）减小，电场分散不足。一般在20～25mm左右。

3.2在施工现场一定要保证施工现场的温度、湿度、灰尘不超标。

3.3 在剥离外半导体层时，电缆刀一定要控制好切割深度，以防伤到电缆的主绝缘，但是在电缆剥半导体层难免会留下细小的划痕，半导体物质嵌入绝缘中必须清理干净，再用纱布进行轴向打磨，之后用火烤发亮之后在涂少量的硅脂。

3.4特别要注意用硅脂填充电缆绝缘半导电层断口处的气隙以排除气体，达到减小局部放电的目的。

3.5 电缆终端头接地：

三芯电力电缆接头两侧电缆的金属屏蔽层（或金属套）、铠装层应分别连接良好，不得中断，终端处的金属护层必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线。电缆通过零序电流互感器时，电缆金属护层和接地线应对地绝缘，电缆接地点在互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在互感器以上时，接地线应穿过互感器接地。

4 电缆终端头试验及检测

4.1交联电缆的绝缘是由添加交联剂的热塑性塑料挤包、交联制成的。在直流电场的空间电荷作用下，其绝缘性能会加速劣化，使用寿命会缩短，因此应尽量避免高强度的直流耐压试验。

4.2新投运或重做电缆头后的交联电缆应采用交流试验方法。采用这种方法试验时，输出的正弦电压波形接近电缆的运行工况，试验电压值低于直流耐压试验值，且在测试中不会使有害的电荷注入绝缘材料。同时，可以无损伤地探测到电缆、电缆接头及施工工艺的缺陷，对绝缘介质中的电树枝、水树枝放电状况有所改善，保证电缆的正常使用寿命。

4.3 交流耐压试验无法及时发现制作过程中产生的微小气隙及安装中存在的微小绝缘挤压受损缺陷。这些缺陷都会在日后的运行中逐渐发展而威胁设备的安全运行，因此在检测电缆终端头是否合格时引入局部放电的测量是可以考虑的。

5 结束语

随着机组运龄的增加，一些施工阶段因制作工艺不良造成的电缆终端头故障不断显露，通过分析发现主要是由于个别作业人员相同的错误工艺造成的，特点比较明显。高压电缆终端头故障的危害性十分严重，要想方设法加以避免，建议利用机组大修时间对重要电缆终端头重新进行制作，避免类似的事故发生。

参考文献

[1]电力电缆（电线）及附件生产加工工艺与质量检测标准实用手册. 安徽文化音像出版社，2003

[2]深圳科沃热缩冷缩材料有限公司10KV热缩型电缆附件安装说明书

作者简介：[1]赵武臣，1967年10月出生，科左后旗人，本科学历，工程师，联系电话13948953382.

（作者单位：国家电投内蒙古智慧能源有限公司）