10kV交联电缆终端故障原因分析及制作要点
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【摘 要】交联聚乙烯绝缘电缆因其生产制造技术成熟、安装敷设简易方便、绝缘性能优异、维护简单且运行稳定可靠等优点，是目前电力系统中压电缆选用最多、使用范围较广的动力电缆。与电缆本体相比，电缆终端/中间接头制作缺陷占电缆事故的大多数，作者就工作中碰到的一期10kV交联聚乙烯电缆热缩终端接头事故进行原因分析，进而提出中压电缆在终端/中间接头制作过程中的要点。
【关键词】交联电缆;终端故障;原因分析;
一、10kV交联电缆终端故障及根本原因分析
事故描述：2018年3月凌晨，南区负荷中心执行电源切换过程中，在将母联隔离手车由试验位置摇至工作位置时出现零序保护动作，进线断路器跳闸，运行人员经检查发现母联断路器柜内电缆异响并冒烟。后查阅保护记录发现进线柜接地保护动作电流为56.08A，计算故障电流为224.3A，大于零序整定值160A，0.32S，保护可靠动作。
电缆终端解剖及根本原因分析：经核实故障的10kV母线联络电缆为生产厂家整体供货，型号为YJV-8.7/15kV-3*185mm2。经过对故障电缆终端的解剖檢查，发现电缆头B相三支套末端1/3处绝缘击穿约20mm孔洞，热缩管烧毁近1/3，应力疏散管有明显烧灼痕迹且肉眼可见导体，导体熔断3股，判断此处为击穿故障点，详见下述照片。
故障根本原因：事后将故障电缆终端整体解剖，发现电缆头A、C相的铜屏蔽层只保留至绝缘三支套根部，半导体层只保留至绝缘三支套末端1/3处，铜屏蔽未与应力疏散管搭接，由此推断B相也为相同情况。根据10kV交联热缩电缆头制作的常规工艺，电缆终端头要求应力疏散管与半导体层连接是至少满足20mm长度的搭接，这是制作电缆终端最重要的步骤。应力疏散管未与半导电层搭接，在运行电压作用下，电缆终端内电场分布不均匀，在电应力集中部位发生局部放电，进而产生此次绝缘击穿。
二、常见电缆终端/中间接头制作缺陷和故障原因分析
电缆终端/中间接头故障已成为电缆运行中故障发生的典型部位，究其主要原因在于电缆终端/中间接头的制作过程和安装方法。（1）在电缆终端/中间接头制作时，电缆外径为不均匀，半导体层切断处的电场强度集中，如果接头应力锥安装位置没有严格按照图纸安装，其就会失去缓解电场畸变的作用，或者在切割过程中，在电缆主绝缘上留有刀痕或引入新的杂质，都会导致局部放电发生;（2）电缆终端/中间接头具有多层复合绝缘结构，除了考虑界面压力的影响，这种结构特点导致电缆附件在安装制作过程中极易受到工人工作经验和技术的影响，在电缆外半导电层拨开后，在清理过程中可能会引入新的杂质，或者由于电缆附件受到污秽，压力强度不够以及材料自身或长时间老化等问题都有可能使得电缆附件内电场发生变化，发生局部放电，研究表明因多层复合介质沿面放电原因导致接头击穿故障约占电缆附件故障总数的97%以上;（3）电缆线芯有金属压接管压接后相连，可能会与内应力锥之间存在空气气隙、误缠绕绝缘带等造成电场畸变发生局部放电，压接管压接后没有经过抛光打磨而出现尖端;
三、电缆终端/中间接头制作的基本要求、电应力控制和制作要点
3.1、中压电缆终端/中间接头的基本要求
电缆终端/中间接头应与电缆本体一样能长期安全运行，并具有与电缆相同的使用寿命。良好的电缆终端/中间接头应具有以下性能：
线芯联接好：主要是联接电阻小而且联接稳定，能经受起故障电流的冲击：长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍;
绝缘性能好：电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理，有改变电场分布的措施;
再次，应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能;此外还应体积小、成本低、便于现场安装。
3.2、中压电缆及附件处的电场分布情况
交联聚乙烯电缆每相线芯外均有一接地的铜屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。也就是说，正常电缆的电场只有从导体向屏蔽层的径向电力线，没有沿导体轴向的电力线，且分布是均匀的。而在电缆终端位置因剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，产生对绝缘极为不利的切向电场，即沿导线轴向的电力线。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中，导致在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。
要使电缆可靠运行，电缆头制作中应力管非常重要，而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分散电应力的效果。为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，短了会使应力管的接触面不足，进而应力管上的电力线会传导不足，过长会使电场分散区（段）减小，电场分散不足。所以一般制作时控制在20～25mm左右。在做中间接头时，必须把主绝缘层也剥去一部分，导体线芯用铜接管压接后，用填料包平。
3.3、电缆附件除了要严格按照制作顺序制作外，还有以下几个制作要点值得注意。
1）电缆头制作环境控制：施工现场条件一般较差，电缆接头在制造时环境和工艺要求都很高，故要做好作业区域的温度、湿度和灰尘的控制，一般环境温度要求0℃以上，相对湿度70%以下，施工人员手要保持清洁干燥;
2）电缆终端在制作时，在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，因此在用砂纸从屏蔽层端口处向接线端子确保单方向打磨，并用专用纱布清洁绝缘表面;
3）务必选用质量和信誉较好的电力附件;应检查附件是否完好，包装内各材料数量是否和说明书一致，附件型号是否和要安装的电缆配套，说明书和安装示意图是否对应;
4）切除电缆内衬物时，不要切断电缆铜屏蔽层;
5）剥除电缆外半导电层时，下刀一定要轻，不要在电缆主绝缘处留下刀痕;
6）在制作终端头时，如电缆绝缘端部与接线金具之间需包绕密封带时，为保证密封效果，通常将绝缘端部削成锥体，以保证包绕的密封带与绝缘能很好的粘合。绝缘端部必须削成锥体，同时必须将锥面用砂带抛光，因为锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度，故而沿着锥面的切向场强远小于绝缘直角边的切向场强，沿锥面击穿的可能性大大降低，从而提高了接头的性能;
7）用电缆清洁纸清洁电缆主绝缘时，要从电缆端部向根部擦拭，不可来回擦拭;
8）安装电缆附件前，在电缆主绝缘上要均匀涂抹硅脂膏，以填充界面的气隙，消除电晕;
9）为了防止水汽沿接地线进入电缆终端，在外护层上要先用防水带包2层，将接地线夹在中间，外面再包2层防水带;
10）钢带接地线和线芯屏蔽接地线在电缆附件内不可有电气上的连通，防止以后无法测试铜屏蔽层电阻和导体电阻比;
11）在铜屏蔽带至外半导电层处绕2层半导电带（搭接外半导电层≤2mm），以防止铜屏蔽层松散。
结束语
总之，10KV电缆的安全运行关系着电网系统的稳定，同时也关乎到企业的财产、以及员工的生命安全，所以做好电缆的安全防护是非常重要的，只有采取了有效预防和事故处理措施，才能避免类似事故的再次发生。
参考文献：
[1]代俊杰.10KV电缆终端头故障产生的原因分析及制作工艺要求[J].冶金设备，2017（S2）：382-385.
[2]采用OWTS检测10kV交联聚乙烯电缆本体主绝缘损伤[J].中国电力，2017（8）.
（作者单位：三门核电有限公司）
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