10KV交聯電纜終端頭故障原因分析及整改措施

趙武臣 呂學軍

摘要：本文通過某電廠10KV交聯聚乙烯動力電纜終端頭故障現象，結合電纜及熱縮終端頭的結構原理進行了分析，闡述了電纜熱縮終端頭各部件作用原理、制作工藝及電纜熱縮終端頭制作過程中采取的措施。

關鍵詞：10KV；電纜終端頭；制作工藝

引言：

某電廠自機組投產以來，先后多次發生10KV動力電纜終端頭運行中絕緣擊穿、保護跳閘事件，其中高壓電動機2次、低壓廠用變6次，4次造成機組減負荷甚至險些停機的嚴重后果，故障發生時嚴重威脅附近巡視人員的安全。

通過對以往10KV電纜終端頭故障現象的總結和分析，認為施工人員電纜頭制作工藝不良是造成故障的重要原因，現對10KV交聯聚乙烯電纜熱縮終端頭制作工藝過程及注意事項進行分析研究，提高施工人員電纜終端頭制作工藝水平，同時為相關人員提供參考，避免類似事故發生。

1. 10KV電纜終端頭故障現象

高壓電纜終端頭故障原因可能有多種，如電纜或電纜熱縮終端頭質量缺陷、電纜頭受外力破壞、電纜頭制作工藝不良等原因。但通過對故障現象的觀察和取證，該電廠幾次10KV電纜終端頭故障現象一致，均是在電纜頭三叉口附近半導層與主絕緣交界處擊穿，主絕緣出現直徑3-6mm孔洞，半導層及銅屏蔽層有電弧燒痕，熱縮絕緣護套外表無磨損和卡破情況，說明幾次故障原因相同。見下圖。

2 10KV電纜終端頭故障原因分析

從交聯聚乙烯電纜的結構中可以看出，在電纜主絕緣層外面有一層半導體層和銅屏蔽層，在電纜結構上的所謂“屏蔽”，實質上是一種改善電場分布的措施。電纜導體由多根導線絞合而成，它與絕緣層之間易形成氣隙，導體表面不光滑，會造成電場集中。在導體表面加一層半導電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的導體等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導體與絕緣層之間發生局部放電，這一層屏蔽為內屏蔽層；同樣在絕緣表面和銅屏蔽層接觸處也可能存在間隙，是引起局部放電的因素，故在絕緣層表面加一層半導電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與外面的銅屏蔽層等電位，從而避免在絕緣層與銅屏蔽層之間發生局部放電，這一層屏蔽為外屏蔽層；銅屏蔽層的作用，在正常運行時通過電容電流；當系統發生短路時，作為短路電流的通道，同時也起到屏蔽電場的作用。在制作高壓電纜頭時，為滿足爬電距離，需要將半導層和銅屏蔽層剝去一段，而在剝離的交界處，會有強烈的電場畸變，對交界處的主絕緣造成傷害。

從理論上分析電纜電場分布情況：高壓電纜每一相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。也就是說，正常電纜的電場只有從銅導線沿半徑向銅屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場（電力線），電場分布是均勻的。在做電纜頭時，剝去了屏蔽層，改變了電纜原有的電場分布，將產生對絕緣極為不利的切向電場（沿導線軸向的電力線）。在剝去屏蔽層芯線的電力線向屏蔽層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位。電纜最容易擊穿的屏蔽層斷口處，應采取措施分散這集中的電力線（電應力），用介電常數為20～30，體積電阻率為108～1012Ω·cm 材料制作的電應力控制管（簡稱應力管），套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場應力（電力線），保證電纜可靠運行。

如果按照正確方法進行電纜頭制作，就可以保證長期安全可靠運行。而在發生的故障中，故障點全部在屏蔽層斷口處，且故障處電纜線處于懸空狀態，無外力破壞，說明電纜頭應力管沒有起到作用，在制作工藝上一定存在問題。

通過對故障點的剖析，發現故障電纜頭存在2點缺陷：一是在切斷電纜線銅屏蔽層的時候，為了不讓屏蔽層散開，臨時用膠帶將斷口處銅屏蔽層纏緊，而在套應力管時沒有將膠帶拆下，使應力管沒有與銅屏蔽層接觸，失去均勻電場的作用，長時間運行后可能在半導層斷口處擊穿；二是在半導層斷口處，主絕緣表面形成一圈凹陷與擊穿孔洞相連，說明在切割剝離半導層時，傷及主絕緣，雖然有應力管存在，仍不能阻止傷口處空氣間隙放電，在長時間電蝕作用下，主絕緣逐漸破壞，在半導層斷口周圍形成凹陷，最終在傷口最深處擊穿，對半導層放電。所以電纜頭制作工藝不良，造成了電纜頭故障。

3 電纜終端頭制作的防范措施

電纜頭制作中工藝非常重要，工藝的好壞，直接決定電纜頭的使用壽命。總結現場實際操作情況和有關規定，需做好如下五方面：

3.1為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場應力分散，應力管與銅屏蔽層的接觸長度要求不小于20mm，短了會使應力管的接觸面不足，應力管上的電力線會傳導不足（因為應力管長度是一定的），長了會使電場分散區（段）減小，電場分散不足。一般在20～25mm左右。

3.2在施工現場一定要保證施工現場的溫度、濕度、灰塵不超標。

3.3 在剝離外半導體層時，電纜刀一定要控制好切割深度，以防傷到電纜的主絕緣，但是在電纜剝半導體層難免會留下細小的劃痕，半導體物質嵌入絕緣中必須清理干凈，再用紗布進行軸向打磨，之后用火烤發亮之后在涂少量的硅脂。

3.4特別要注意用硅脂填充電纜絕緣半導電層斷口處的氣隙以排除氣體，達到減小局部放電的目的。

3.5 電纜終端頭接地：

三芯電力電纜接頭兩側電纜的金屬屏蔽層（或金屬套）、鎧裝層應分別連接良好，不得中斷，終端處的金屬護層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應錫焊接地線。電纜通過零序電流互感器時，電纜金屬護層和接地線應對地絕緣，電纜接地點在互感器以下時，接地線應直接接地；接地點在互感器以上時，接地線應穿過互感器接地。

4 電纜終端頭試驗及檢測

4.1交聯電纜的絕緣是由添加交聯劑的熱塑性塑料擠包、交聯制成的。在直流電場的空間電荷作用下，其絕緣性能會加速劣化，使用壽命會縮短，因此應盡量避免高強度的直流耐壓試驗。

4.2新投運或重做電纜頭后的交聯電纜應采用交流試驗方法。采用這種方法試驗時，輸出的正弦電壓波形接近電纜的運行工況，試驗電壓值低于直流耐壓試驗值，且在測試中不會使有害的電荷注入絕緣材料。同時，可以無損傷地探測到電纜、電纜接頭及施工工藝的缺陷，對絕緣介質中的電樹枝、水樹枝放電狀況有所改善，保證電纜的正常使用壽命。

4.3 交流耐壓試驗無法及時發現制作過程中產生的微小氣隙及安裝中存在的微小絕緣擠壓受損缺陷。這些缺陷都會在日后的運行中逐漸發展而威脅設備的安全運行，因此在檢測電纜終端頭是否合格時引入局部放電的測量是可以考慮的。

5 結束語

隨著機組運齡的增加，一些施工階段因制作工藝不良造成的電纜終端頭故障不斷顯露，通過分析發現主要是由于個別作業人員相同的錯誤工藝造成的，特點比較明顯。高壓電纜終端頭故障的危害性十分嚴重，要想方設法加以避免，建議利用機組大修時間對重要電纜終端頭重新進行制作，避免類似的事故發生。

參考文獻

[1]電力電纜（電線）及附件生產加工工藝與質量檢測標準實用手冊. 安徽文化音像出版社，2003

[2]深圳科沃熱縮冷縮材料有限公司10KV熱縮型電纜附件安裝說明書

作者簡介：[1]趙武臣，1967年10月出生，科左后旗人，本科學歷，工程師，聯系電話13948953382.

（作者單位：國家電投內蒙古智慧能源有限公司）