35kV電纜終端頭故障及解決對策

國網西安供電公司 王 蕾

科學技術水平的進步和發展在一定程度上帶動了國內電力電纜技術的進步和發展，電力電纜設備依托自身絕緣性良好、占地面積小以及輸電效率強等優勢在我國的輸變電網絡中有著系統性的應用，但是電纜設備的終端一直是其作為脆弱且容易出現故障的部分，一旦電纜的終端出現故障，不僅會降低輸電效率，同時也會降低用戶的使用滿意度，嚴重的還會導致故障擴張，進而誘發低壓側三相短路、主變壓器等設備故障，嚴重威脅電網系統的安全穩定運行。筆者結合自身的工作經驗，對兩個35kV交聯聚乙烯電纜終端故障的原因進行綜合分析，然后結合實際情況給出具體的故障控制措施，期望對促進電網系統安全穩定運行有所幫助。

1 某220kV變電站內35kV開關柜電纜頭擊穿造成主變跳閘故障

1.1 條件說明

2018年9月，故障報某35kV輸電線路產生了單相接地故障，現場的調度人員借助傳統的拉路法找尋故障原因，發現35kV開關柜電纜頭出現故障，導致母線三相短路，220kV主變重啟動作跳閘。經現場檢修，發現變壓器內低壓線圈出現了較大的變形，并對其進行了返廠檢修[1]。

1.2 成因剖析

維修人員針對35kV開關柜的電纜展開現場檢查，經過檢查后發現開關柜內的電纜端子B相的接地擊穿現象，三相線纜的三相導線和銅排的燒損比較嚴重。經三相分解后的電纜端子比較，三相端子在半導體層環切割下的斷面不平整，沒有經過拋光，有凸起，斷面主要絕緣色加深，已經發生了退化。B相的主要絕緣體與接線端60mm處有一個大約5mm地擊穿孔，這里的主要絕緣體有很深的刀痕，因此判定為切割時切得太深而損傷了主絕緣。

具有優良絕緣特性的電纜，在一般傳輸過程中，導體、主絕緣層、屏蔽層或金屬層間有一定的電容。這種電容器在整個線纜的長度和介質中都是均勻分布的，所以線纜的電場也是均勻的，而且僅有一個徑向的電場，不存在軸向的電場。在均質介質中，線芯會均勻放射出功率線，而等位線則呈現一個結構為外部疏松內部緊密的同心圓結構，其中心區域的電磁場強度非常強烈，距離中心線位置越遠，其磁場強度逐漸呈現下降趨勢。在銅質屏蔽和半導體屏蔽層剝離后，線纜端部的徑向電場分布不均勻，并且沿光纜長度方向的軸向電場分布不均勻，在同一地點進行三相分解和耐壓測試[2]。

在半導體層和主絕緣截面處，軸向電場分量最大，軸向應力最大；其次，由于聚乙烯絕緣體沿表面的破壞強度遠遠低于豎直破壞強度（沿表面只有5%～10%的垂直破壞強度），存在軸向電場成分，會使電纜端部的電強度大幅下降，因此必須使用應力錐體來改進半導體層和主絕緣截面的電場，從而實現均一的電場[3]。如果電線的主要絕緣層有雜質或者有刮痕，則會產生一個較強的電場，如圖1所示。強電場的劣化會引起場致輻射，長期的場致輻射積累會引起電樹枝。電樹枝是引起主絕緣失效的先決條件，并在此基礎上使主絕緣產生“電子雪崩”，從而使主絕緣破裂。

圖1 主絕緣存在雜質或劃傷處時的強電場

從上述結果可以看出，本次電纜終端的故障是由于B相在剝離半導體層時切得太深，造成了主絕緣層損壞，從而造成了該區域的電場惡化，盡管最終完成了交接測試，但對以后的工作也造成了一定的影響。當輸電線路單相接地短路時，其他兩相的電壓也會隨之上升。在現場調度和操作人員發現，B相線端部劃痕處的擊穿強度小于軸向電場，從而加速了該處的電枝生長，最終導致主干對地擊穿。

該故障發生后也帶來了其他次生影響。當電纜設備的端子被對地擊穿后，往往會出現金屬粉末，這些金屬粉末會在開關柜內產生放電通路，由于開關柜的空間非常狹窄，由此導致35kV三相母線出現了短路的情況。如果母線出現故障，即便變電站內部的保護裝置正常作業，但是也會導致220kV #1主變發生近區短路，三相線圈內三相匝間短路，三相線圈受短路力的影響，導致三相低壓繞組出現了嚴重的變形，并在這段時間內進行了大修。經過后期的抗短路性能檢驗，當系統容量持續增大時，其低壓側的短路能力已經無法滿足使用需求，這是導致本次事故蔓延的次要因素[4]。

2 110kV變電站35kV室外電纜接頭的失效分析

2.1 狀況說明

2016年4月，某地區的110kV變電站35kV出線室外電纜端部A相出現了故障，該線路之前并未發生過短路故障，也未進行負載調節，同時該地區近期也未曾出現雷暴等極端天氣。

2.2 成因剖析

線路檢修人員對室外三相線纜的外觀狀況進行現場檢驗后發現A相線纜的端部被擊穿、燒損，B、C相外觀不正常。對電纜端子的拆分和耐壓測試，一是半導層的剝離長度不符合規范，剝落時間太長，導致在安裝過程中，應力錐體沒有有效地覆蓋半導體層的剖面，沒有形成均勻的電場。二是由于這種電纜的半導體層是不能剝除的，必須用特殊的刀具進行切割，施工人員為了便于剝落，沒有注意線路切割注意事項，對主絕緣層產生了一定程度的破壞，尤其是A相主絕緣1cm區域存在嚴重的刀刻劃痕，已經產生了電樹枝。

同時，在主絕緣的中部區域存在一條長度在3cm的半導電層，在剝離PVC膠帶后也發現存在嚴重劃痕且主絕緣的顏色變深。以上種種現象均說明主絕緣受損嚴重。導致該問題的原因在于作業人員未控制好切割尺寸。因此，可以用聚氯乙烯膠帶來提高絕緣。結果表明，三相半導體和銅屏蔽層的環切斷面不平整，有刮痕、突起，主要絕緣體附近有大量的電枝，而A相線地端部則是由半導體層和主絕緣截面構成的[5]。

綜合以上分析，A相線頭主要絕緣擊穿主要是因為在剝離半導體層時，電力作業人員未能根據作業標準做好打磨工作，在剝離時出現的毛刺和大量的劃痕，由此導致電場呈軸向分布。此外，未能嚴格根據設計要求做好應力錐的安裝工作，導致其未能有效和半導電層連接，在高場強的情況下，場致發射得到了強化，并逐漸形成了電樹枝。盡管在半導電層剝落的位置發生了故障，但A相的主絕緣存在5cm的劃痕，PVC膠帶和半導電層的刮削區已經有了電樹枝，主要的絕緣顏色已經變得更深、更差。

3 預先控制的方法

上述兩次電纜故障都是由于工程質量不高造成的，為了確保電纜的安全、穩定運行，并根據電力電纜的全壽命周期管理重點，提出了以下管控措施。

3.1 對電纜及其配件的質量進行嚴格控制

首先，根據施工、維修和區域環境的特點，修訂一般技術規格，并可按不同的工程特點，對有關技術條款進行修訂，以確保其適用范圍。其次，在挑選電纜生產廠商以及電纜配件生產廠商的股從中，需要嚴格做好質量和技術把關工作，不能只重視配件的價格，要從供應商自身的資質、產品質量以及價格等多方面因素進行考慮，挑選出質量最優，價格低廉以及符合要求的電纜產品及其配件。最后要加強對電纜及其附屬產品的現場驗收，切實做到事前控制。

3.2 強化工程質量控制

一是嚴格控制建筑企業的資質，保證工地工人持證上崗，并嚴格監督，防止出現虛假資質的現象。二是在鋪設電纜時，應防止各種原因對電纜護層造成損害，在拐角部位的彎曲率要符合規定，電纜的敷設裕量要符合隨后的消缺要求。三是在制作電纜終端之前，應設置遮風棚，嚴格控制施工場地的溫度、濕度，超過70%以上嚴禁使用。四是在電纜工程項目施工階段，必須派遣專業的維修人員針對旁站做好檢查工作，如果在檢查過程中發現問題需要及時進行整改，杜絕工程隱患。如維修人員因故無法在現場作業，則可以采用遠程視頻的方式進行質量管控。五是要做好電纜工程項目質量評估工作，確保技術水平優秀的建筑企業進入工地，可通過評標方式淘汰一批技術水平低、信譽差的建筑企業，形成良性競爭。

3.3 線纜終端的關鍵問題處置意見

一是在剝離銅屏蔽層尺寸后，采用PVC自粘帶將銅條緊固，以避免銅片脫落。剝切時，為了確保切口的平滑，可以采用恒力彈簧進行剝離。這種工藝可以確保在環切時不會偏移，在剝離時的力量要均勻，不會損傷半導體層。在剝離銅屏蔽層后，要對切口進行處理，切口要平滑，不可有毛刺。

二是在將半導體層剝落與主絕緣層分離時，為了確保半導體層剝落部位的平滑，可以采用恒力彈簧將其緊固，然后再用恒力彈簧將其銼削，使剝皮與主絕緣層之間的過渡達到均勻的程度，在恒力彈簧的阻擋下，不會對半導體層造成破壞，從而提高了電場的分布。同時，在剝離半導體層時，可以使用特殊的刀具，切入的數量要適度，以免損壞主絕緣。主要絕緣面有劃痕、凹痕等，用不含120的氧化鋁砂紙拋光。

三是在安裝應力椎的過程中，要對其大小進行標記。可用聚氯乙烯材料進行標記，安裝時嚴格按照標準進行安裝。

四是在電纜支路安裝前后，需對其中間間隙區域做好填充和防水處理工藝。

3.4 提高操作能力

一是從事電纜工程的單位要和技術部門聯合開展電纜安裝維修技術培訓工作，通過系統化的培訓工作來有效提升維修作業人員的作業能力和應急故障現象處置能力。

二是做法路線的巡檢工作，及時統計線路負載。如發現線路負載存在問題，需及時停電進行檢修，避免事故擴大化。

三是可應用先進定位技術對電纜故障進行定位和判斷，有效降低故障概率。

3.5 防止電纜事故的擴展

一是電力公司要加強對變電站變壓器抗短路能力的檢查，針對短路容量不夠的，采取現場加固、加裝限流裝置、返廠檢修等措施，防止因線路故障而導致主變受損。

二是針對變電站內部不符合規定的接地設備要進行系統化改造可將其改造為具有選線設備的小電流接地裝置，在接地過程中可及時進行選線，從而有效降低因接地故障導致的電纜故障概率。

4 結語

綜上所述，本文所描述的兩個35kV電纜終端的故障都是因工程質量問題引起的，為了確保變電站的安全、穩定運行，除了要在提高工程質量方面尋求突破，還需嚴控電纜及附件品控，提升專業檢修人員運維水平，處理好電纜終端制作關鍵點，并對站內抗短路能力進行提升，對中性點接地方式進行改進，消除由于電纜故障擴大造成經濟損失和隱患。今后，將繼續探索和改進所提的預控措施，以提高變電站的運行管理水平。