電纜頭常見故障分析與處理措施

佟智勇，張遠超 ，施寧寧

(1.保定供電公司，河北 保定 071000；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

隨著技術進步和電力生產規模的日益擴大，熱縮電纜頭和冷縮電纜頭以其優越的絕緣強度和運行可靠性等優勢，廣泛應用于中低壓供電線路。但隨著設備保有量的增加和運行經驗的積累，也暴露出由于電纜頭安裝工藝細節疏漏造成的各種故障，暴露的這些問題是和不同種類的電纜頭的技術特點直接相關的。為保障系統的安全、穩定運行，以下結合熱縮電纜頭、冷縮電纜頭的技術特點及現場故障經驗，提出電纜頭制作、安裝的工藝要點和技術方案。

1 電纜頭技術特點介紹

1.1 熱縮電纜頭

a. 成熟性。熱縮電纜頭起步時間早，技術成熟，成本低，性能穩定，保存時間長。

b. 接地及收縮工藝。電纜屏蔽層及鋼鎧接地線需要焊接，需用火焰等熱能使絕緣層收縮，由于過熱會直接破壞絕緣層的絕緣性能，所以制作電纜頭時對溫度的控制工藝要求高。

c. 屏蔽層處理工藝。電纜的屏蔽層及半導體層去除較多，從三相線芯結合部位至線芯端部90%長度范圍的屏蔽層及半導體層是被剝除的。這種結構的優點是絕緣層內部帶電部位對地的爬距大，一般在600 mm以上，單相對地絕緣強度高；缺點是電纜頭三相之間沒有電磁屏蔽，當絕緣線芯相間距在1～3 mm時，易發生懸浮電位放電。

d. 收縮材料的機械性能。熱縮材料收縮性好，能夠緊密包裹線芯主絕緣，特別是三指套部位，填充膠熔化、凝固后使三指套及內部形成一個整體，包覆性好。但熱縮材料彈性差，當線芯彎曲度較大時，熱縮層的應力無處釋放，造成熱縮層出現褶皺，容易破裂，或受到磕碰時也容易破裂。所以對熱縮絕緣層的疏散應力處理工藝要求高。

1.2 冷縮電纜頭

a. 成熟性。近幾年迅速成熟、推廣，成本較高，庫存的彈性壽命一般為1-2年。

b. 接地及收縮工藝。電纜屏蔽層及鋼鎧接地線連接工藝得到改進，不需要焊接，改用彈簧鋼卡帶卡固。絕緣層為彈性收縮，不需動火，避免了溫度控制不好對絕緣的影響。

c. 屏蔽層處理工藝。電纜的屏蔽層及半導體層去除較少，從三相線芯結合部位至線芯端部40%的長度范圍的屏蔽層及半導體層被剝除。這種結構的優點是電纜頭三相之間有電磁屏蔽，能夠避免線芯間距近時產生的懸浮電位放電；缺點是絕緣層內部帶電部位對地的爬距小，一般在200 mm左右，單相對地內部絕緣距離比熱縮電纜頭短。

d. 收縮材料的機械性能。彈性好，當線芯彎曲度較大時，冷縮絕緣層能夠吸收形變產生的應力，不易出現褶皺現象，或受到磕碰時也不容易破裂。彈性收縮材料接近庫存壽命時有可能產生不可恢復的彈性疲勞，不能夠緊密包裹線芯主絕緣，或完全收縮需要一定延時。三指套部位制作時沒有填充膠熔化凝固的過程，包覆性不如熱縮性好，三指套容易在外力作用下脫出。

2 電纜頭常見故障分析

2.1 熱縮電纜頭的常見故障

a. 由于相間距離過近，形成懸浮電位放電，對絕緣外表皮產生電化學腐蝕。某變電站10 kV電纜懸浮電位放電現象示意見圖1。放電點處在電纜頭U相距電纜接線端子約250 mm處和V相距電纜接線端子約250 mm處，該處U相、V相交叉，且兩相間距約2 mm。由于熱縮電纜頭制作時屏蔽層剝除較長，兩相接近處沒有屏蔽層，所以電纜雖有絕緣層，但會有泄漏電磁場。由于兩相間距極近，交匯點處形成不均勻電場，產生中間電位，場強很大，空氣和空氣中的水蒸氣在該處被電離產生放電，發出聲響。同時，空氣、水、絕緣外表皮在電場放電中產生復雜的電化學反應，產生電纜外絕緣電腐蝕，留下白色或黑色的積污痕跡。但絕緣材料為有機材料，化學性能穩定，這種電腐蝕是很輕微的，更多的是空氣中的雜質發生的反應。擦去電腐蝕痕跡，絕緣外皮只有輕微的痕跡。單純的電化學腐蝕在相當長的時間內不會對主絕緣產生致命的破壞。但這屬于電纜運行的不良工況，存在潛在的安全風險，需要采用增加線芯間距或增加輔助絕緣層的方式進行處理。

圖1 10 kV電纜懸浮電位放電現象示意

b. 由于熱縮層破損，造成相線對半導體層放電。某變電站10 kV電纜故障情況見圖2。由于安裝時U相熱縮絕緣層碰到了同相鋁排的固定螺栓上，熱縮絕緣層破裂。由于破裂點距半導體層路徑僅90 mm，無法長期承受相電壓，導致單相對半導體層沿主絕緣表面擊穿，造成事故。

c. 電纜熱縮和地線焊接時溫度過高，使絕緣受到破壞，電纜三指套處擊穿。電纜三指套處是電纜頭的薄弱部位，對制作工藝要求高。由于施工工藝不合格，直接用火焰噴槍加熱鋼鎧并燒熔焊錫，進行地線焊接，火焰直接破壞主絕緣，焊接強度沒有保障。這種情況有時是由于現場工作條件造成的，如野外作業，沒有加熱電烙鐵的電源，不得不使用這種方法。要解決這一問題，規范的做法是使用大功率電烙鐵使鋼鎧充分預熱，溶解焊錫進行焊接，焊錫能夠充分浸潤鋼鎧，焊接強度充分保障，焊接時的溫度也能夠控制。如果沒有電源或發電機，可以用燒熱的銅棒、銅塊代替電烙鐵。

圖2 10 kV電纜相線對半導體層放電示意

2.2 冷縮電纜頭的常見故障

a. 由于不良安裝結構，造成相線與電纜線芯接觸，使冷縮絕緣層承受機械力和相電壓，造成相線對屏蔽層擊穿，見圖3。圖3為某變電站10 kV電纜不規范的安裝,使電纜冷縮絕緣層與同相鋁排接觸、擠壓，由于冷縮電纜頭屏蔽層較長，相線對屏蔽層之間只隔有一層冷縮絕緣層，而且還受到機械力擠壓，投運后不久絕緣就徹底損壞，致使發生短路事故。

圖3 10 kV電纜相線對屏蔽層擊穿示意

b. 由于電纜制作時主絕緣被劃傷，受傷處對半導體層放電，見圖4。圖4為某變電站35 kV電纜，電纜主絕緣在剝除半導體層時被劃傷，而且半導體物質被嵌入劃痕，形成不均勻電場，由于冷縮電纜頭半透體層剝除少，受傷處距半導體層僅50 mm，主絕緣被擊穿對半導體層放電，造成事故。

2.3 電纜的其它常見問題

a. 由于冷縮電纜頭三指套部位包覆性不如熱縮電纜頭好，三指套容易在外力作用下脫出，冷縮三指套被捋起，失去密封，極易發生電纜主絕緣受潮，造成事故。如果固定電纜的抱箍直接固定在三指套部位非常容易發生這種情況。電纜安裝后發生收縮或下墜，抱箍會將三指套捋起。

圖4 35 kV電纜主絕緣被劃傷處對半導體層放電示意

b. 單芯高壓電纜由于兩端均接地，造成鋼鎧產生環流而發熱。這是一項典型的電纜運行管理問題。某些地區電纜站內部分和站外部分由2個不同單位維護、管理的不協調，管理分界點不明確，造成維護單位“各自為戰”，導致單芯電纜兩端均接地，造成電纜鋼鎧產生環流而發熱，形成安全隱患。

3 電纜頭制作、安裝工藝要求及技術方案

3.1 電纜頭制作、安裝工藝要求

a. 熱縮電纜頭各相線芯之間要有足夠距離，根據現場經驗，至少應在20 mm以上，以保證不會發生懸浮電位放電。如果因為安裝空間的限制，不能滿足間距的要求，應增加絕緣層的層數，提高絕緣裕度。

b. 熱縮電纜頭必須避免磕碰傷，做好疏散彎曲應力工藝措施。除按要求安裝疏散應力管外，可在整根主絕緣外均勻涂抹絕緣硅脂，電纜彎曲時使熱縮絕緣層與主絕緣之間能夠均勻滑動，避免出現褶皺。嚴格控制絕緣硅脂的絕緣性。

c. 三指套處鋼鎧及屏蔽層地線的焊接絕對禁止用火燒的方式。熱縮時最好不動明火，使用大功率工業電吹風。

d. 冷縮電纜頭安裝時，線芯要與同軸相線保持距離，不能夠緊密接觸，避免相線對屏蔽層擊穿冷縮絕緣層。

e. 剝除半導體層時應使用專用工具，避免劃傷主絕緣或使半導體物質嵌入劃痕。

f. 固定電纜的抱箍卡固位置應與三指套保持一定距離，而且一次抱緊，防止電纜滑脫。

g. 冷縮電纜頭接引安裝時，線芯絕緣要與裸導體及對地應保持125 mm電氣凈距離。

3.2 電纜頭制作技術方案

利用該技術方案結合了冷縮電纜頭和熱縮電纜頭的優點，利用冷縮頭三指套不動火制作工藝，保證三指套部位的絕緣強度；利用熱縮頭外絕緣包覆性好的優點，保證電纜頭的機械強度，具體方案如下：

a. 對半導體層和屏蔽層的剝除長度沿用熱縮電纜頭的工藝標準。

b. 鋼鎧和屏蔽層地線連接方式使用冷縮電纜頭工藝標準，即改用彈簧鋼卡帶卡固。

c. 三指套部位采用熱縮電纜頭的工藝標準，使填充膠融化，使三指套部位及內部凝固成為一個整體，增強包覆性。

d. 除按要求安裝疏散應力管外，在整根主絕緣外均勻涂抹經絕緣檢驗的絕緣硅脂。電纜在彎曲時，熱縮層能夠自由滑動，避免褶皺現象，同時還提高了絕緣層的防潮性能。

e. 線芯絕緣層根據需要任意選擇冷縮型或熱縮型絕緣管，不使用冷縮電纜頭的錐形終端。

f. 熱縮工具使用大功率工業電吹風，不動明火。

4 結束語

該技術方案在辛興、軍城、五人橋等變電站進行了4條電纜的制作、安裝嘗試，現已運行3年，效果良好。遵守電纜頭制作、安裝工藝要點，并優化制作工藝方案，能夠提高電纜頭的工藝水平，提高系統運行可靠性，對同行業其他單位有較好的借鑒意義。