孫彬 雷偉 李睿

摘要：電纜是連接輸電線路和用電設(shè)備必不可少的組成部分，電纜的穩(wěn)定性和可靠性是保證供電安全必要條件。電纜頭是電纜的起點(diǎn)和終端，是電纜最脆弱的部分。為保證電纜可靠運(yùn)行，必須進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。分析在電氣交接試驗(yàn)中交聯(lián)電纜的耐壓試驗(yàn)電纜頭擊穿故障原因，并在此基礎(chǔ)上提出整改措施，以及一些合理化建議。

關(guān)鍵詞：電纜；耐壓；分析

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198（2013）05-0191-01

1電纜故障概況

此次發(fā)生故障的設(shè)備主要集中在型號(hào)為26/35kV交聯(lián)聚氯乙烯電纜，試驗(yàn)采用了串聯(lián)諧振交流耐壓實(shí)驗(yàn)裝置，耐受電壓完全按照《電氣裝置安裝公測(cè)電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50150-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，交流耐壓試驗(yàn)電壓和時(shí)間如表1所示，試驗(yàn)開(kāi)始為電纜施加一相對(duì)兩相對(duì)地電壓52kV，當(dāng)試驗(yàn)電壓加到52kV時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，設(shè)定的耐壓時(shí)間為60min。計(jì)時(shí)開(kāi)始之后，電纜頭在耐壓5分鐘左右發(fā)出電擊穿聲響，耐壓擊穿。此后試驗(yàn)其他電纜也多次發(fā)生擊穿故障，總計(jì)試驗(yàn)6根電纜，4根發(fā)生擊穿故障。

表1電纜20～300Hz 交流耐壓試驗(yàn)電壓和時(shí)間

2電纜頭故障原因分析

2.1擊穿故障原因假設(shè)分析

情況假設(shè)一：耐壓試驗(yàn)不符合規(guī)范。

首先考慮到試驗(yàn)的耐受電壓是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此次被試電纜型號(hào)為26/35交聯(lián)聚氯乙烯電纜，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 50150-2006）要求的試驗(yàn)電壓為52kV，我們的串聯(lián)諧振交流耐壓裝置完全按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；另外，為防止是試驗(yàn)設(shè)備原因?qū)е略囼?yàn)超出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，我們對(duì)試驗(yàn)裝置的輸出電壓進(jìn)行了測(cè)量，經(jīng)驗(yàn)證符合試驗(yàn)要求。

情況假設(shè)二：冷縮頭或電纜質(zhì)量不符合規(guī)定。

電纜頭擊穿后不可修復(fù)，必須截?cái)鄵舸┎课桓鼡Q新的冷縮頭，現(xiàn)場(chǎng)未預(yù)備有備用冷縮頭，考慮在現(xiàn)有冷縮頭可能存在的問(wèn)題，我們對(duì)電纜頭的供貨商進(jìn)行了更換。冷縮頭的安裝完全按照已有的安裝工藝進(jìn)行，在冷縮頭更換以后，我們重新進(jìn)行了耐壓試驗(yàn)，重新更換冷縮頭的電纜耐壓試驗(yàn)通過(guò)率為100%。由于新進(jìn)冷縮頭的安裝工藝與前一批的工藝完全相同，所以我們判斷安裝工藝沒(méi)有問(wèn)題，再則在更換不同廠家的冷縮頭后，電纜已經(jīng)達(dá)到了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)判定，電纜本身的質(zhì)量也符合要求，最后問(wèn)題集中在了冷縮頭上。

2.2冷縮頭故障分析

所有電纜頭均采用的是應(yīng)力錐式的冷縮頭，有關(guān)分析如下：

現(xiàn)場(chǎng)所用的電纜在每一相都帶有一接地的銅屏蔽層，在電纜通電以后，在電纜線芯與銅屏蔽層之間會(huì)形成徑向分布的電場(chǎng)。在電纜屏蔽層沒(méi)有被剝開(kāi)的前提下，電場(chǎng)只有從導(dǎo)體沿半徑向銅屏蔽層的電力線，而沒(méi)有沿導(dǎo)體線芯分布的電力線。

我們知道電纜頭的制作必須先剝掉銅屏蔽層，在屏蔽層剝掉以后，會(huì)改變?cè)瓉?lái)電纜的電力線分布，產(chǎn)生切向的電場(chǎng)，該電場(chǎng)在剝開(kāi)的屏蔽層的斷口最為集中，從而使斷口處成為最容易擊穿的部位。

電纜斷口處的電力線過(guò)于集中，產(chǎn)生的電應(yīng)力將很容易擊穿電纜主絕緣。為了解決電場(chǎng)線分布問(wèn)題，目前主要有兩種方法：應(yīng)力管和應(yīng)力錐。

應(yīng)力管是采用介電常數(shù)為20～30，體積電阻率為108～1012Ω·cm材料制作而成，安裝電纜附件時(shí)，將應(yīng)力管套在外半導(dǎo)電斷口處，從而在斷口處形成一個(gè)不同介電常數(shù)的界面，使電力線在這個(gè)界面上產(chǎn)生折射，從而達(dá)到疏散電場(chǎng)應(yīng)力的作用；而應(yīng)力錐是一種具有喇叭口幾何形狀的結(jié)構(gòu)，是采用導(dǎo)電硅膠套，在工廠通過(guò)模具制作而成，它的作用和應(yīng)力管類似。

我們工程現(xiàn)場(chǎng)采用的冷縮頭是應(yīng)力錐式，應(yīng)力錐主要有三個(gè)方面，包括應(yīng)力錐H長(zhǎng)度、L長(zhǎng)度和應(yīng)力錐半徑R對(duì)電場(chǎng)分布產(chǎn)生影響。

（1）應(yīng)力錐的長(zhǎng)度H對(duì)電場(chǎng)分布的影響。應(yīng)力錐的長(zhǎng)度H會(huì)對(duì)電場(chǎng)梯度的分布產(chǎn)生影響，電場(chǎng)梯度將隨著H的增加而增加，H如果過(guò)大，將使得電場(chǎng)梯度過(guò)大，此時(shí)容易造成電纜損壞，因?yàn)榭s短H有利于減小電場(chǎng)梯度，同時(shí)也有利于縮小冷縮頭的尺寸。

（2）應(yīng)力錐曲線長(zhǎng)度L對(duì)電場(chǎng)分布的影響。延長(zhǎng)應(yīng)力錐的曲線有關(guān)電場(chǎng)的均勻分布。當(dāng)曲線較短時(shí)，在沿圓錐曲線曲率半徑最小的位置b會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)尖峰，這里便形成了電纜最容易擊穿點(diǎn)；當(dāng)圓錐曲線較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)力錐在b處曲率半徑較大，電場(chǎng)能夠平滑度過(guò)。

（3）應(yīng)力錐的半徑R對(duì)電場(chǎng)的影響。R過(guò)大或過(guò)小都會(huì)在b點(diǎn)出現(xiàn)電場(chǎng)集中。R過(guò)大，使得b點(diǎn)的曲率半徑過(guò)小，造成b點(diǎn)電場(chǎng)集中；R過(guò)大，尾部靠近硅膠外套，使得外套表面電場(chǎng)加大，容易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，破壞絕緣。

3結(jié)論

從以上對(duì)應(yīng)力堆的分析中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)電纜頭現(xiàn)場(chǎng)故障，我們看到擊穿點(diǎn)并沒(méi)有發(fā)生在電纜銅屏蔽層切開(kāi)點(diǎn)，而是發(fā)生在應(yīng)力錐直線段與錐曲線的連接處。從之前對(duì)應(yīng)力錐的分析中我們知道，當(dāng)這個(gè)連接處的圓錐曲率半徑較小時(shí)，連接處就會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)尖峰，造成電纜頭擊穿。經(jīng)過(guò)我們對(duì)應(yīng)力錐曲線的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)錐曲線長(zhǎng)度不足11mm，圓錐曲線過(guò)短，造成了電場(chǎng)在連接處的尖峰，致使耐壓試驗(yàn)加壓后擊穿電纜頭。我們最終得出電纜冷縮終端頭的質(zhì)量不符合規(guī)范。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50150-2006.電氣裝置安裝工程[S].

[2]熊信銀，朱永利.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3]余健明，同向前，蘇文成.供電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4]劉笙.電氣工程基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.