冷缩电缆终端头故障原因和防范措施

陈悦华

摘 要：某变电站发生了一起电力电缆终端头因为制作工艺不良而引起绝缘击穿故障。本文主要从故障现象进行剖析，分析故障产生的原因，重点加强施工关键环节质量控制的对策，完善电力电缆终端头的制作工艺。

关键词：电缆终端;故障分析;防范措施

1 事故经过

某日，110kV幺木变电站35kV幺椿线瞬时速断保护动作，重合闸不成功。故障选相A相，故障电流Ia=39.82A。

供电公司随即派出运维人员对110kV幺木变电站35kV幺椿线间隔进行巡视。同时派出线路运检人员对架空线路进行巡视。运维人员在现场发现35kV幺椿线354开关柜出线电缆A相电缆已经击穿。出线避雷器B、C相被放电弧光烧伤。

随即负责巡视架空线路的人员反馈，架空线路未发现架空线接地或短路现象。根据各组巡视结果，初步判断35kV幺椿线跳闸原因为35kV幺椿线354开关柜出线电缆A相电缆击穿放电引起。

供电公司制定了如下方案：1、准备对幺椿线354开关柜出线电缆终端重新制作。并对幺椿线354开关柜内设备、出线电缆及重新制作的电缆终端进行试验。

当日完成了35kV幺椿线开关柜出线电缆头制作及试验，试验合格。线路恢复供电。运行人员加强巡视，运行正常。

2 现场检查及原因分析

35kV幺椿线于2016年8月16日投入运行，运行时间不足一年。通过对故障电缆终端头检查、分析发现以下问题：

（1）A相电缆绝缘层在制作过程中严重受损，主绝缘层表面有划伤痕迹。B、

C相主绝缘表面也存在不同程度的划伤痕迹。

（2）A、B、C三相的半导体层与主绝缘之间没有做平滑过渡。未按安装说明书在铜屏蔽与半导体之间缠绕半导体带。铜屏蔽层有较多的尖角毛刺。

（3）A、B、C三相半导体层、铜屏蔽层未按安装说明书的尺寸留至雨裙终端处，导致雨裙终端内的应力管没有将半导体层、铜屏蔽层包裹。而是包裹在主绝缘上。致使应力管没有起到均匀电场的作用。

3 原因分析

冷缩电缆终端头是利用弹性体材料在工厂内注射硫化成型，再经扩径、衬以塑料螺旋支撑物构成各种电缆附件的部件。现场安装时，将这些预扩张件套在经过处理后的电缆末端或接头处，抽出内部支撑 的塑料螺旋条（支撑物），压紧在电缆绝缘上而构成的电缆附件。因为它是在常温下靠弹性回缩力，而不是像热收缩电缆 附件要用火加热收缩，故俗称冷收缩电缆附件。早期的冷收 缩电缆终端头只是附加绝缘采用硅橡胶冷缩部件，电场处理 仍采用应力锥型式或应力带绕包式。 现在普遍都采用冷收缩应力控制管，电压等级从 10KV 到 35KV。三芯电缆终端分叉处采用冷收缩分支套。 冷缩电缆终端头具有体积小、操作方便、迅速、无需专 用工具、适用范围宽和产品规格少等优点。与热收缩式电缆 附件相比，不需用火加热，且在安装以后挪动或弯曲不会像热收缩式电缆附件那样出现附件内部层间脱开的危险。与预制式电缆附件相比， 虽然都是靠弹性压紧力来保证内部界面特性，但是它不像预制式电缆附件那样与电缆截面一一对应，规格多。必须指出的是，在安装到电缆上之前，预制式电缆附件的部件是没有张力的，而冷缩电缆终端头是处于高张力状态下，因此必须保证在贮存期内，冷收缩式部件不应有明显的永久变形或弹性应力松弛，否则安装在电缆上以后不能保证有足够的弹性压紧力。

高压电缆终端头的绝缘是整根电缆的软肋，从系统内发生的电缆故障情况来看，除外力破坏外，大多数电缆故障都是发生在终端头电缆屏蔽层断口处。由图可见电缆终端头击穿故障点出现在铜屏蔽层半导体层断口附近，该断口处的电场畸变最严重， 击穿后主绝缘材料流失，铜屏蔽至半导体层之间剥切口的线芯已经部分裸露。

金属屏蔽断开处是电场畸变最严重的地方，产生电场畸变的原因：屏蔽的切断处是电缆接头薄弱的环节，容易造成电场强度过大;另外，变电站的运行环境比较恶劣，导致灰尘、气体等杂质不可避免地侵入半导体层与主绝缘表面结合处， 这些杂质、气隙、尖角毛刺、主绝缘表面有划痕不平滑等的存在造成固体绝缘介质沿面放电。因此，导致冷缩电缆终端头绝缘被击穿，在电缆制作工艺方面主要有以下几点：

（1）进行护套剥切时，铜屏蔽层被划伤，或是剥切铜屏蔽时，断口成不规则圆口，用力不当，划伤半导体层，产生气隙，增加了断口处电场的强度，产生放电。

（2）在剥切电缆半导体层的过程中，由于用力不当，划伤主绝缘层表面，铜屏蔽和半导体层的断开处处理不到位（半导体层与主绝缘之间没有做平滑过渡。未按安装说明书在铜屏蔽与半导体之间缠绕半导体带）。

（3）剥切电缆半导体屏蔽层之后处理不到位，主绝缘层上有半导体残留，或没有用硅脂对主绝缘及铜屏蔽断口处进行 填充处理。

（4）应力管与绝缘屏蔽在安装时搭接少于20mm。在运行中，由于交联电缆内应力处理不良产生较大收缩，出现气隙。 杂质和气隙以及水分对交联聚乙烯绝缘电缆的影响非常大，并且其耐局部放电性能比较差。交联聚乙烯绝缘电缆存在的缺陷处容易形成局部电场集中，导致局部放电。另外，运行中弯曲变形、冷热作用等，导致金属屏蔽层与绝缘层之间产生气隙，气隙的局部放电，使得绝缘老化加快发生绝缘电击穿或热击穿; 同时如果金属屏蔽断口处的尖角毛刺处理不彻底，出现集中的高强电场，导致绝缘介质出现裂纹并产生放电，引发局部放电。

综上所述，严格遵循工艺标准进行电缆终端头制作，尤其是在剥切电缆的过程中，把握持刀的力度显得尤为重要，需要技术工人精心操作，如达不到要求必须返工制作，把好质量的验收关。

4 防范对策建议

冷缩电缆终端头制作中，多因施工人员责任心不强或是技术工艺了解不够，导致电缆终端头在运行一段时间后，出现局部放电或电树枝放电，最后造成故障发生，现提出以下防范对策和注意事项：

（1）选择科学合理的环境，应避免夜间、雨天、雾天、高温情况及空气污染物含量较高的情况下制作，环境相对湿度应在70%及以下。制作电缆终端头过程中保持清洁。剥切电缆后及时处理，因为在空气中暴露的时间越长，被杂质侵袭的可能性就越大，最终危害到电缆终端头的质量。

（2）严格按照说明书的技术规范，附件的尺寸与电缆尺寸配合要符合规定的要求，进行制作时控制好电缆剥切力度和尺寸，外层剥除时不能弄伤内层的材质。

（3）铜屏蔽层剥切时，通过扎带进行固定，避免断口处出现尖角或毛刺，对半导体层断面的处理要到位，确保平整和光滑，并且向绝缘层的过渡保证光滑。

（4）剥切完电缆绝缘层后，对主绝缘层表面通过细砂纸进行认真打磨，保证主绝缘层表面光滑无刀痕、杂质，不存在半导体残点。采用清洗溶剂从线芯向半导体层方向对绝缘层表面进行清洗，清洗主绝缘层表面时严禁使用接触过半导体屏蔽层的清洗纸。采用砂纸打磨后，残留的杂质如果清除不干净、不彻底也会导致放电，所以对电缆绝缘半导体层断口用硅脂进行填充排除内部气体，然后按照厂家说明书的工序逐步进行制作。

（5）成立电力电缆终端制作项目工作小组，确定工作小组负责人，随时对每一个步骤、每一个环节进行檢查、质量验证，建立相互监督、检查机制。

（6）应加强对电缆终端头的巡视检查，尤其是三叉口处的灰尘要及时清除，防患于未然。