中压电缆应力附件安装工艺质量缺陷原因分析

杨宇峰，马婷婷

(浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231)

0 引言

随着我国经济、科技的飞速发展，电力电缆因其线间距离小，占地面积小的优点，同时综合考虑电力输送通道、运行维护等因素，使得中压电缆（6～35 kV）非常广泛地应用于城市电网、企业配电、光伏及风力发电站、城市轨道交通、高铁电力系统等领域。中压电力电缆的广泛应用使得电缆一旦发生事故，将会严重影响电力系统的正常运行，同时造成巨大的经济损失和社会影响(直接损失∶间接损失∶社会损失为1∶4∶6)。因此，电缆的安全运行是电力系统运行安全和生产生活正常秩序的保障。电缆终端作为电缆绝缘设计的薄弱环节，其故障约占电缆故障的70 %，其中电缆终端应力附件工艺制作质量缺陷在电缆附件故障中占有很高的比重。因此，加强电缆终端应力附件工艺制作质量管控及过程管理，对防止电缆终端故障来说显得非常重要［1-5］。

1 电缆终端电场分析

1.1 中压电缆结构

中压电缆(单芯、三芯)结构如图1所示[6-7]。电力电缆在能量传输的过程中，芯线导体作为能量传输载体，其与大地之间具有较高的电位差，因此需要采用绝缘材料将其和大地之间进行绝缘。综合考虑电场分布的均匀度、电能传输的可靠性、安全性等因素，电缆制造工艺上在绝缘层外部包绕一层金属屏蔽层，绝缘层内外表面各敷一层半导电层以起到均匀电场分布的作用。在运行时，金属屏蔽层可靠接地。因此从原理上说，在电缆内部，导体和金属屏蔽层之间形成了一个较为均匀的面电场，电应力为径向分布。

图1 中压电缆结构

1.2 中压电缆终端电场分布分析

1.2.1 电缆终端不做任何处理时的电场分析

中压电缆终端在和其他电气设备连接时，采用在线芯导体上压接金属端子，用紧固件进行连接。

如果不对电缆终端的线芯导体和金属屏蔽层之间进行任何工艺处理，那么在终端表面位置，导体和屏蔽层之间的电场分布不再和电缆内部一致，其在空气介质中的分布可以看作为极不均匀电场［7］。在电缆终端表面，空气的绝缘强度远低于电缆绝缘材料(主要为XLEP，ERP)，且电缆终端表面不平滑、杂质残留更加增强了表面电场的不均匀度，容易导致电场畸变，降低击穿场强。因此电缆终端表面位置在很低的电压下就会引起导体和屏蔽层之间的绝缘击穿[7］。所以，不对电缆终端进行工艺处理，就无法安全可靠的进行电能传输。

1.2.2 电缆终端进行处理后的电场分析

为了能保证电能持续安全地输送，在电缆终端搭接处，需要对电缆终端进行加强绝缘强度的工艺处理。其最直接的做法就是将金属屏蔽层和绝缘表面的半导电层剥除一部分，增大芯线导体和金属屏蔽层(半导电层)之间的距离，从而加强它们之间的绝缘强度。

在进行电缆金属屏蔽层(半导电层)剥除处理后，其电场分布(无应力锥)如图2所示。

图2 电缆终端电场分布(无应力锥)

由图2可知，在屏蔽层隔断处，出现电场应力集中现象，其分布特点为：有强轴向分量的极不均匀电场。在电缆内部，电场基本按照径向均匀分布，在电缆终端，电场严重畸变是由轴向分量引起的。轴向分量引起的屏蔽层(半导电层)割断处的应力集中会导致绝缘表面电场畸变，降低绝缘耐电强度，容易引起局部放电。经过时间的累积，严重时导致电缆击穿，引发电缆终端事故[1，8]。

为了降低屏蔽层(半导电层)割断处场强的严重集中，分散应力分布，降低电缆轴向场强分布，防止电缆事故发生，在中压电缆终端工艺处理中通常采用装设应力管或应力锥的方式[1，8］。

对于中压电缆，主要采用冷缩头和热缩头的工艺方式，随着技术发展，冷缩头因其制作工艺的简单、绝缘性能良好已占据市场主流。冷缩头主要采用应力锥方式降低屏蔽层(半导电层)断口处的应力集中问题。在屏蔽层(半导电层)增加应力锥后，电缆终端电场分布如图3所示。由图可知，应力锥的存在，降低了电缆终端极不均匀电场中的轴向分量，增加了径向分量。使电缆在终端的电场分布趋于均匀，降低场强集中的作用还是很明显的［1,8］。根据相关研究，对于10 kV电缆，在外半导电层切断处，无应力管时最大场强为74.5 kV/cm，有应力管时最大场强为31.3 kV/cm,未达到无应力管时最大场强的1/2[1］。

图3 电缆终端电场分布(有应力锥)

由以上分析可知，冷缩电缆终端安装质量的可靠性是保障电力电缆安全运行的保障，尤其应力锥(管)的工艺安装的质量对电缆事故的形成与否有着至关重要的决定性作用。

实际工作中就出现过某变电站35 kV电缆终端应力锥安装不合格的情况。近年也发生过两起35 kV电缆冷缩终端因应力锥安装工艺不合格所造成的电缆终端击穿事故。

2 电缆应力锥安装工艺质量缺陷原因分析

2.1 分析的必要性

电缆终端的安装是一个比较复杂的技术工作，尤其对于有着非常重要作用的应力附件来说，安装质量需要严格按照厂家技术要求和工艺规定的技术方法进行施工才能得到保证，否则将会造成缺陷隐患，进而造成电缆运行过程中的突发事故。如引言中所述，在目前中压电缆在城市电网、交通、发电领域极为广泛的应用环境下，事故造成的严重社会后果、经济后果、安全后果是不言而喻的。

对电缆终端应力锥工艺质量不合格原因进行分析和判断，从而找到切实可行的改进措施以加强质量保障，将会有效降低终端事故率，保障电网运行安全和社会生产生活秩序。

2.2 缺陷原因分析及防范措施

电缆终端的制作工序，属于隐蔽性工序作业范畴，电缆终端制作完成后，无法直观看出其工艺质量是否符合技术规范要求。除去电缆及电缆终端本身质量缺陷，单从应力锥工艺安装不合格造成质量缺陷方面分析其原因，提出有效规避的方法［2-3］。

(1) 制作人员技术及职业素养因素及防范措施。目前，电缆终端制作的整个过程是由人工作业完成。因此，技术人员的技术能力及职业素养直接决定电缆终端的制作质量。电缆终端的制作是一项技术要求比较高的工作，因此，进行电缆终端制作的人员应该经过专业技能培训并持证上岗(应急管理部主管的特种作业证书：电力电缆证书)，取得证书后还需要在经验丰富人员的指导下进行一定的实践锻炼，同时进行技术考核及职业素养考核合格后方可进行独立作业。

(2) 施工企业管理因素及防范措施。随着多年电力工程市场改革的推进，电力民营企业也在蓬勃发展。与此同时，随着电网系统一线施工用工方式的改变、社会电力施工市场的深刻变革，也造成了电力施工市场主体技术和管理的良莠不齐。有些企业在追求利益的同时，不重视企业技术人员的培训和施工工序质量管理，是造成电缆终端应力锥制作质量缺陷的很重要的原因。因此，施工企业应本着企业可持续发展的理念，加强技术人员的培训、培养以及严格施工工序的质量管理，提高施工质量，履行社会责任，赢得市场口碑。

(3) 业主监管因素及防范措施。电缆终端应力锥安装质量作为容易造成事故的一个重要环节、一个重要的隐蔽性工序，在业主方监管工作上应该得到足够地位的重视。根据多年的从业经历发现，有些代表业主方的监理公司及业主方的管理人员对电缆终端制作过程的监督管理并不重视。为了防止因制作工艺质量不合格引起电缆事故，在电缆制作时，作为监管方，首先应认真核实制作人员的从业资格证书及技术能力；其次在制作过程中应严格执行隐蔽工程的监督管理程序。业主方的严格监管，对于制作质量的提升会有事半功倍的效果。

(4) 电缆运行后的监控管理。电缆终端应力锥的制作缺陷一般会有一个时段的发展过程，常常会以热击穿的方式表现出来。应力锥安装的缺陷引起的强电场畸变的未改善，会引发终端电场严重畸变处电导电流增加，或者在局部放电作用下引发介质损耗发热，介质在热的长期作用下绝缘劣化，最终导致绝缘击穿。因为绝缘劣化有一个发展过程，同时会伴随发热现象，因此在电缆投入运行后，运行人员可以通过热成像设备加强对电缆终端的巡检监控。如果条件具备，可对重要电缆终端安装在线监测装置，对其发热情况进行实时监控。如有异常可以提早发现，避免事故发生。

3 结束语

以上通过中压电缆终端电场分布情况的分析可知，在电缆终端制作过程中，应力锥(管)安装工艺不良是造成电缆投运后终端事故的直接原因。由于中压电缆在电力系统中不同领域行业广泛应用，它已与人们的生产生活紧密相连、息息相关。终端事故的发生将会严重影响人们的生产生活以及社会的秩序，甚至威胁到生命安全。因此在电力电缆终端制作过程中，无论是施工方还是业主方都需要从人的因素方面和管理方面层层把关，提升关注度和管理度，做到防患未然。