高鐵電力電纜中間接頭故障分析和應對措施

李 瑞，崔 超，艾廣寧

（中鐵電氣化局京滬高鐵維管公司，1、3 高級工程師 2、工程師 北京，100000）

0 前言

電力電纜以其不易受外界環境干擾，節約空間和相對安全的優勢正逐漸取代架空線路，成為鐵路系統中牽引供電和電力配電專業輸電方式的首選。但由于電力電纜結構較為復雜，詳見圖1 電力電纜結構示意圖，因此制造完成后為了運輸和現場敷設的方便，會按照一定的長度進行配盤。電力電纜當在使用中單盤長度不滿足供電長度或電力電纜本身絕緣損壞時，就需要對電力電纜進行中間接頭的制作，以滿足或恢復供電系統的正常運行的需求，詳見圖2電力電纜中間接頭結構示意圖。

圖1 電力電纜結構示意圖

某高鐵實際運營里程1 300 多km，電力配電專業貫通線路全部采用電力電纜形式，各類中間接頭個數約為2 800多處，牽引供電專業饋出線全部采用電力電纜形式，但由于長度一般較短，因此各類中間接頭個數約為100 多處，本文中所采樣本以電力配電專業為分析對象。

圖2 電力電纜中間頭結構示意圖

1 某高鐵電力故障統計

以對某高鐵從2012 年1 月到2017 年12 月電力配電故障進行分析，故障按電纜中間接頭故障、電纜故障和總故障分為三種類型，詳見表1 某高鐵故障統計表和圖3某高鐵故障統計柱形圖所示。

表1 某高鐵故障統計表

圖3 某高鐵故障統計柱形圖

由以上統計數據可以看出，某高鐵電力配電專業的故障呈現逐年上升的趨勢，電力電纜中間接頭故障占跳閘總量的80%以上和占電纜故障的95%以上，因此可以得出最直接的影響因素為電力電纜中間接頭的故障居高不下且逐年升高。

2 電纜中間頭故障分析

從全部電纜中間接頭故障現象上看，多數故障中間接頭是由連接管向電纜外屏蔽層位置出現放電導致冷縮中間接頭擊穿，電纜絕緣層表面都有明顯的放電通道；另外電纜外半導電端口及電纜絕緣層已燒焦并完全碳化，出現電場集中現象而擊穿，詳見圖3故障電纜中間接頭拆解后示意圖。

圖4 故障電纜中間接頭拆解后示意圖

出現以上情況，主要是以下原因造成：

1）由于抱緊力及界面壓力不夠，存在氣隙，在實際運行中出現爬距不夠從而導致擊穿，其原因為：

（1）冷縮中間接頭庫存放置太久，超出最佳使用日期，導致冷縮中間接頭安裝后，抱緊力不夠；

（2）冷縮中間接頭內孔徑尺寸范圍太大，如：現場70-120 mm2冷縮中間接頭為相同的規格，產品表面內孔徑標識?16，實際為?18；35-70 mm2冷縮中間接頭為相同的規格，產品表面內孔徑標識?11，實際為?14，此為電力行業慣例；

（3）制作冷縮中間接頭過程中，如果電纜絕緣層表面沒有清潔干凈，就會出現多點成直線的放電通道；

（4）制作冷縮中間接頭過程中，清潔電纜絕緣層需等待水分完全揮發干凈后，方可涂抹硅脂。但在實際過程中，由于運營壓力和現場條件所限，無法滿足以上條件，從而導致電纜絕緣出現水樹枝形象而降低絕緣強度；或者采用不干凈的手指涂抹硅脂，安裝后，出現多點成直線的放電通道。

2）安裝工藝不符合要求。其原因：

（1）電纜的半導電層端口位置不平齊，電纜端口環形尺寸相差8 mm（冷縮中間接頭應力控制體長度為30 mm，搭接尺寸為20 mm，也就是說，冷縮中間接頭與電纜外半導電層搭接后，只有2 mm的安全距離，現場制作人員稍微不注意，就會出現搭接尺寸錯誤），在與冷縮中間接頭壓力控制體接觸時，出現搭接不符合要求，導致冷縮中間接頭應力控制體沒有起到控制和均勻電場作用，使電纜外屏蔽端口位置的電場畸形，造成電場集中從而擊穿冷縮中間接頭；

（2）冷縮中間接頭定位尺寸不符合要求。說明書要求冷縮中間接頭應力控制體搭接電纜外半導電層20 mm，現場解剖發現，一邊電纜半導電層沒有搭接，另外一邊搭接尺寸為25～30 mm，導致冷縮中間接頭應力控制體沒有起到控制和均勻電場作用，使電纜外屏蔽端口位置電場畸形，造成電場集中而擊穿冷縮中間接頭；

（3）接線端子壓接后沒有進行打磨處理。冷縮中間接頭收縮后或調整定位尺寸時，導致冷縮中間接頭內屏蔽層損傷；另外冷縮中間接頭投運后，會出現尖端放電現象，隨著時間的推移或系統出現過電壓而擊穿冷縮中間接頭。

3）關于產品應力控制體設計裕度的問題。

（1）冷縮中間接頭應力控制體長度為30 mm，說明書要求與電纜外半導電層搭接20 mm，就是說，電纜外半導電層與冷縮中間接頭搭接后，與應力控制體喇叭口位置只有10 mm 的裕度，由于冷縮中間接頭收縮電纜絕緣層后，整體的長度將變短，再加上施工人員安裝稍微不注意，電纜外半導電層端口位置就超出冷縮中間接頭內屏蔽喇叭口或搭接不到，使電纜外半導電層端口位置電場畸形而擊穿冷縮中間接頭。

（2）根據電纜附件型式試GB/T12706.4-2012 中的屏蔽電阻試驗要求，電纜附件的屏蔽電阻老化前后應≤5 000Ω，變化率不大于5%；現場采用絕緣電阻表進行測試時，結果是不穩定，現場試驗的中間接頭為已停止使用并已超過最佳使用期限的產品；

（3）冷縮中間接頭外護套（外屏蔽）采用噴涂半導電漆結構，這種結構是可以達到屏蔽效果的，但國內的廠家因生產工藝不穩定，庫存或投運后，產品外屏蔽層會出現脫落或沒有完全屏蔽的現象，從而導致投運后冷縮中間接頭擊穿。

（4）相同規格但不同型號或廠家的電纜。部分地段為采用既有線原有電纜與新建高鐵新式電纜，通過現場對比可以使用現有中間頭附件。是否適用主要取決于電纜附件應力體內徑小于電纜（不含外護套）的直徑，使應力體有足夠的抱緊力及界面壓力。

3 應對措施

1）針對運行中的電纜中間接頭的特點，結合電力配電專業的檢修預試計劃，對區間電力電纜嚴格進行絕緣測試、紅外成像測溫和局放測試，待上述檢測、監測均完成后，根據測試結果綜合分析得出狀態結論。

2）提高人員電纜中間頭制作質量。計劃每年至少組織1 次電纜中間頭制作培訓和實操演練，聘請廠家以理論結合實踐的形式進行，要求制作人員充分理解并嚴格按照說明書的工藝要求進行制作，明白每一道工序的步驟、內涵和意義。

圖5 中間頭制作注意事項

3）電力電纜冷縮中間接頭庫存按照先進先出的原則進行領取并安裝，超出最佳使用期限的產品原則上不再使用，避免出現故障隱患。

4）目前國內針對電力電纜故障采用對接箱以代替中間接頭的做法已漸成趨勢。對接箱幾乎可完美克服中間接頭的缺陷，且此類產品在國內其他客專線上已大量使用，至少有10年以上的安全運行經驗。

4 結束語

隨著中國高速鐵路的高速發展，電力配電系統貫通線路的敷設方式由電力電纜代替架空線路的方式已是大勢所趨，但目前也暴露出許多前期高鐵建設和運營底蘊積累不足，而引發的很多不必要的問題，比如說需要研制開發適應高速鐵路的專用電纜和中間接頭的方法或產品，研究電力電纜中間接頭的在線監測技術以及電力電纜故障測距技術等等，因此，如何進一步探索電力配電專業電力電纜運營維護的經驗，還需要廣大的科技人員和一線員工付出更多的努力。