浅谈电力电缆头故障原因及防范措施

广东电网有限责任公司茂名茂南供电局高山供电所 李 杰

随着经济的发展和城市化进程的加速，电力建设进程相应也加快，用电负荷不断上升，分布愈加密集。高压电力传输有以下两种方式：架空线路和地下电缆，为了解决城市建设和电力建设的矛盾，地下电缆敷设方式逐渐得到了广泛的应用。然而电缆头作为电缆线路中脆弱的一环，电缆头故障在电缆故障中占有一定比例，严重影响了电力系统的安全、可靠、稳定运行。由于电缆头制作工艺不同以及电缆运行环境不一，造成故障的原因多样，通过对电缆头故障进行原因分析，提出有效的防范措施，对电缆线路的安全稳定运行具有积极意义。

1 电缆头的故障原因分析

常见电缆头故障原因主要来自电缆的运行环境、电缆头制作工艺、电缆材料质量等，下文对电缆头故障的各种原因进行详细分析。

绝缘受潮。由于电缆头的制作破坏了电缆原有的良好密封结构，容易被水分子有机可乘。电缆头绝缘受潮引起绝缘强度降低，会导致电缆在运行中负载能力下降，局部过热、起泡、放电等现象，绝缘介质间隙发生的局部放电能缓慢地扩散，经无数次放电，炭化的树枝状导电通道会越来越多，待水分在各绝缘层间隙纵向渗透时，会发生电缆绝缘击穿破坏。电缆头受潮后，在电场的作用下，会产生水树枝老化现象，加速电缆头绝缘的老化，降低电缆的使用寿命[1]。

连接处压力不足。电缆与设备连接或者电缆拼接的过程中，无论是电缆终端头还是电缆中间头，均会在连接处产生接触电阻。接触电阻主要受接触件材料、正压力、接触面积、接触面的清洁程度等的影响。电缆终端与外部设备连接时，如果连接处固定不牢靠，会导致连接松动、变形，增大接触电阻，发热大于散热导致故障；电缆中间头制作时，如果压接机压力不足，或是压接空隙过大，则会导致连接压力不够，从而降低连接处的质量，很容易引起电缆头故障[2]。

电缆头制作密封不良。由于电缆开关柜或环网柜密封设施老化、电缆终端头封帽密封不严、封帽受损或者电缆中间接头盒密封性能差，容易引起水分子或者其他杂质的侵入。因为户外终端常年经受大气、温度和干、湿等气候条件的影响，对密封性较为敏感。一旦水分进入电缆头，逐渐使绝缘受潮，会导致绝缘击穿，甚至爆炸[3]。

机械损伤。造成电缆头的机械损伤有多种原因。在电缆头制作时工艺不精，工具划伤电缆，损坏绝缘层；在电缆安装时因机械牵引力过大而拉伤电缆，因起重机械吊装意外磕碰损伤电缆头；电缆头在安装时因施工不当过度弯曲受到损伤，导致电缆头在运行时的电场分布更加不均匀；因外部环境温度、湿度、压力等因素造成电缆头内绝缘胶垫、密封胶垫，或内外绝缘管套等材料膨胀而导致电缆头外壳胀裂；因电缆长度预留不足或者电缆沟环境的变化，电缆头长期处于绷紧拉扯状态，会造成终端导体或中间接头机械损伤。

内外部污秽影响。由于电缆头制作环境恶劣，防污防尘措施未执行到位，电缆头各层的污迹未清理干净，导致电缆头内部存有污秽。在干燥情况下，污秽层电阻较大，对电缆运行影响较小，但当电缆头受潮后，污秽层被湿润，会加速水树枝和电树枝的扩散。而由于电缆头安装位置的环境影响，还会导致电缆头产生表面污秽层，受潮后，在高压影响下产生沿面放电现象，导致发生故障。

长期过载运行。本文就某地区常用的交联聚乙烯绝缘电缆来说，小于或等于10kV电压等级的电缆工作最高允许温度为90℃，而大于10kV电压等级的电缆工作最高允许温度为80℃，当电缆长期处于满载或超载状态运行时，会长期超过电缆工作的最高允许温度，加速绝缘材料的老化，降低材料的绝缘性能和机械性能，容易发生击穿着火燃烧。

过电压。分外部过电压和内部过电压两大类。外部过电压是由大气中的雷云对地面放电而引起的，又称为大气过电压、雷电过电压，其又分为感应雷过电压和直击雷过电压。雷电过电压往往持续几十微秒，其脉冲特性会导致电缆绝缘的破坏，引起短路故障；内部过电压是由于电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压，有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压，如电缆头绝缘受损或相间距离不足，会降低电缆头的耐受电压值，在内部过电压的影响下会加速造成接地、短路、闪络击穿等现象[4]。

2 故障防范措施

2.1 选用合适的电缆头制作材料

根据电缆类型及运行环境选择符合国家标准、工艺成熟、质量可靠、技术先进、适应运行环境和条件的电缆头制作材料，是保证电缆安全稳定运行的重要措施。尽量以冷缩电缆头材料代替热缩电缆头材料，因为冷缩电缆头采用弹性较好的硅橡胶材料，可避免由于电缆负载高低，或大气环境的影响产生的热胀冷缩现象，其具有更为优异的绝缘性能、密封性能和电场分布特性，而且施工难度也更低，可避免热缩套管加热不均匀产生气泡。检查明确现场电缆头制作材料的规格与电缆规格型号相符，以免造成收缩不紧密，导致杂质侵入电缆内部。

2.2 加强对电缆头制作工艺的要求

重视对施工人员电缆头制作工艺的培训，提高对电缆头各类故障的防范意识，通过过程监管、绩效考核、分包责任等方式提高施工人员的责任心和积极性。控制好电缆头制作的环境条件，制作前应清理干净制作地点的杂物、灰尘等；如果天气环境不佳，还应采取措施，防止雨雪、风沙、灰尘等杂质的干扰，影响电缆头质量，如环境条件不许可，则要改期或更改地点进行电缆头制作；电缆头制作工具需要擦洗干净，制作附件放置在无污染地点；尽量缩短制作时间，如无特殊情况制作过程不得间断。

严格按照规定的尺寸和工艺进行电缆头制作，注意制作过程中的细节问题，剥切电缆铜屏蔽带、半导体层时，控制好用刀力度，以免伤及绝缘层，影响电缆头的绝缘性能；打磨去除各层剥切口的毛刺棱角，保持平整光滑；清理干净主绝缘上的残留物，并用电缆清洁纸擦拭主绝缘层和铜导线，保持表面清洁；保证接地编织线与屏蔽层和铠装层连接的接触良好可靠；必须正确使用密封胶带，在安装冷缩套管时，要确保套管的密封性和完好性。

2.3 规范电缆头安装管理标准

电缆头安装时，应避免电缆过度弯曲，或电缆长度预留不足以致给电缆头连接处施加作用力，处于绷紧拉扯状态。如果设备内的电缆头安装空间相对狭小，可通过改善配套的基础设施构筑物结构、增长电缆头线芯制作的长度来解决。电缆沟应设置有良好的排水系统，避免电缆长时间浸泡在水中，导致水分侵入电缆内部。做好电缆头与设备连接处的防水防潮设计，可增高设备安装基础、加装电缆头密封罩。电缆头安装要有足够的相间绝缘距离和与设备其他部分的安全距离，每相均应装设相应电压等级的避雷器，且避雷器接地应良好。应力锥是改善电缆绝缘屏蔽层电场分布的最有效的附件，在电缆头安装时，要避免应力锥等与设备的碰撞，造成应力锥等材料的破损。

2.4 尽量避免电缆线路的重合闸

相互靠近的两平行电线间存在着电容，电缆在一定程度上相当于一个大电容，电缆越长，电容效应越明显。当电缆在运行中出现故障突然断电时，原本储存的电荷不能立即释放，如果在这时进行重合闸再送电操作，相对于把高电压突然连到一个原本带高压电的电容上，会产生较大的冲击电流，此时的电缆将承受双倍甚至更高的过电压冲击，电容越大，其过电压也越高，会导致电缆击穿损坏，而电缆头作为较脆弱的一环，此时更容易损坏。

另外，电缆线路故障和架空线路故障不一样，绝缘子表面闪络、超高树木放电、小动物放电等瞬时故障原因较少，一般为永久性故障，以绝缘击穿原因为主，重合成功率低，重合闸会带来严重的操作过电压和短路冲击，加剧绝缘的损坏，让系统再一次承受故障冲击，甚至扩大故障的影响范围。所以，电缆线路应尽量避免重合闸。

2.5 定期巡视、试验，并整理故障库

定期巡视、检查电缆头安装地点的环境，尤其是在恶劣天气及电缆高负荷运行等情况下更要加大巡视、检查的力度，如发现环境湿度过高或者有小动物、杂物等的干扰，需及时处理，保证出入口、通风口防水、防小动物等相关设施的完好性。定期检查电缆头外观，清理电缆头绝缘表面的污秽，防止闪络，如果绝缘套管有裂纹、腐蚀等绝缘遭到严重破坏的现象，应及时停止运行，重新制作电缆头。定期对电缆头进行预防性试验，并用红外热像仪测量电缆头和其他电气设备的连接点是否有过热现象，如发现电缆头绝缘不良或者连接处过热，应重做电缆头或者重新进行连接。如发生电缆头故障，需要及时收集资料进行分析，建立相关的故障及防范与处理措施档案，便于吸取经验教训，并做好以后的故障预防，防患于未然。

3 案例分析

2021年7 月中下旬，某工业园10kV环网柜F04馈线三芯交联聚乙烯电缆终端头发生爆炸，故障电缆头整体损坏，其中B相损坏程度最严重。

图1 故障电缆终端头

图2 电缆终端头B相受损情况

3.1 故障情况

电缆终端仓被严重熏黑，甚至发生了形变；电缆终端绝缘材料已被严重烧蚀，电缆出线口附近布满灰烬；A、C相绝缘表面覆盖了大量烧蚀后形成的碳化物，靠近B相侧的绝缘部分受损最严重；B相与设备连接点已经断裂，肘型绝缘凝套及应力锥已被烧毁，线芯扭曲变形。现场发现环网柜下的电缆沟充满积水，电缆大部分浸泡在水中；环网柜门密封设施已有所损坏；电缆出线口松动，密封材料封堵有缺口；电缆终端仓上部的开关也被烧坏。

3.2 故障原因分析

电缆头绝缘部分由橡胶、塑料等可燃物组成，在电弧或者高温的情况下会发生起火爆炸。经过对电缆头故障情况及周围环境进行分析，此次故障的原因有以下几点。

由于台风天气原因，空气湿度较高，雨水充足，而电缆沟排水能力不足，环网柜密封设施老化，导致电缆终端仓湿度过高，而电缆头外壳老化损伤，有水汽甚至因此进入内部，在绝缘层上或者各层间隙中形成水树枝，由于电场的作用，会使得水树枝逐渐扩大，导致发生局部放电，最终导致绝缘击穿；因为电缆头与设备的距离、相间距离较近，绝缘材料因水树枝和电树枝的影响已遭到破坏，电缆头整体绝缘环境较差，容易发生相间放电或者相对地放电的现象。

台风天气容易发生雷击过电压，造成系统电流增大，而电流增大使电缆头连接处接触电阻增大，同时产生高温，致绝缘材料绝缘性能降低，且电缆头受水汽影响，耐受电压值下降，在过电压的影响下加速发生绝缘击穿；B相缆芯的严重扭曲形变可能是因为在安装该电缆头时操作不当，B相端子钳压方向和位置有偏差，强制安装导致缆芯扭曲、线芯排列松弛，在电流的作用下扭曲处电场容易激变，发生局部放电、局部过热，造成绝缘受损、铜线断裂。

4 结语

为了保证电网各方面的安全可靠性，对电网各种故障进行案例收集、原因分析，并逐渐完善防范措施和处理措施，建立完整的故障库，对于减少电网故障或者降低电网故障带来的危害具有很重大的意义。电缆头故障在电缆线路故障中占有较大比例，作为电缆运行中的关键环节，电缆头对电力系统的安全可靠稳定运行有重大的作用，通过选用合适的电缆头制作材料、加强对电缆头制作工艺的要求、规范电缆头安装管理标准、避免电缆线路的重合闸、定期开展巡视试验等各项措施，提前消除影响电缆头稳定的各项因素，对提高电缆线路供电的可靠性有积极意义。