廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名茂南供電局高山供電所 李 杰

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，電力建設(shè)進(jìn)程相應(yīng)也加快，用電負(fù)荷不斷上升，分布愈加密集。高壓電力傳輸有以下兩種方式：架空線路和地下電纜，為了解決城市建設(shè)和電力建設(shè)的矛盾，地下電纜敷設(shè)方式逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。然而電纜頭作為電纜線路中脆弱的一環(huán)，電纜頭故障在電纜故障中占有一定比例，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。由于電纜頭制作工藝不同以及電纜運(yùn)行環(huán)境不一，造成故障的原因多樣，通過(guò)對(duì)電纜頭故障進(jìn)行原因分析，提出有效的防范措施，對(duì)電纜線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極意義。

1 電纜頭的故障原因分析

常見(jiàn)電纜頭故障原因主要來(lái)自電纜的運(yùn)行環(huán)境、電纜頭制作工藝、電纜材料質(zhì)量等，下文對(duì)電纜頭故障的各種原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

絕緣受潮。由于電纜頭的制作破壞了電纜原有的良好密封結(jié)構(gòu)，容易被水分子有機(jī)可乘。電纜頭絕緣受潮引起絕緣強(qiáng)度降低，會(huì)導(dǎo)致電纜在運(yùn)行中負(fù)載能力下降，局部過(guò)熱、起泡、放電等現(xiàn)象，絕緣介質(zhì)間隙發(fā)生的局部放電能緩慢地?cái)U(kuò)散，經(jīng)無(wú)數(shù)次放電，炭化的樹(shù)枝狀導(dǎo)電通道會(huì)越來(lái)越多，待水分在各絕緣層間隙縱向滲透時(shí)，會(huì)發(fā)生電纜絕緣擊穿破壞。電纜頭受潮后，在電場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生水樹(shù)枝老化現(xiàn)象，加速電纜頭絕緣的老化，降低電纜的使用壽命[1]。

連接處壓力不足。電纜與設(shè)備連接或者電纜拼接的過(guò)程中，無(wú)論是電纜終端頭還是電纜中間頭，均會(huì)在連接處產(chǎn)生接觸電阻。接觸電阻主要受接觸件材料、正壓力、接觸面積、接觸面的清潔程度等的影響。電纜終端與外部設(shè)備連接時(shí)，如果連接處固定不牢靠，會(huì)導(dǎo)致連接松動(dòng)、變形，增大接觸電阻，發(fā)熱大于散熱導(dǎo)致故障；電纜中間頭制作時(shí)，如果壓接機(jī)壓力不足，或是壓接空隙過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致連接壓力不夠，從而降低連接處的質(zhì)量，很容易引起電纜頭故障[2]。

電纜頭制作密封不良。由于電纜開(kāi)關(guān)柜或環(huán)網(wǎng)柜密封設(shè)施老化、電纜終端頭封帽密封不嚴(yán)、封帽受損或者電纜中間接頭盒密封性能差，容易引起水分子或者其他雜質(zhì)的侵入。因?yàn)閼敉饨K端常年經(jīng)受大氣、溫度和干、濕等氣候條件的影響，對(duì)密封性較為敏感。一旦水分進(jìn)入電纜頭，逐漸使絕緣受潮，會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿，甚至爆炸[3]。

機(jī)械損傷。造成電纜頭的機(jī)械損傷有多種原因。在電纜頭制作時(shí)工藝不精，工具劃傷電纜，損壞絕緣層；在電纜安裝時(shí)因機(jī)械牽引力過(guò)大而拉傷電纜，因起重機(jī)械吊裝意外磕碰損傷電纜頭；電纜頭在安裝時(shí)因施工不當(dāng)過(guò)度彎曲受到損傷，導(dǎo)致電纜頭在運(yùn)行時(shí)的電場(chǎng)分布更加不均勻；因外部環(huán)境溫度、濕度、壓力等因素造成電纜頭內(nèi)絕緣膠墊、密封膠墊，或內(nèi)外絕緣管套等材料膨脹而導(dǎo)致電纜頭外殼脹裂；因電纜長(zhǎng)度預(yù)留不足或者電纜溝環(huán)境的變化，電纜頭長(zhǎng)期處于繃緊拉扯狀態(tài)，會(huì)造成終端導(dǎo)體或中間接頭機(jī)械損傷。

內(nèi)外部污穢影響。由于電纜頭制作環(huán)境惡劣，防污防塵措施未執(zhí)行到位，電纜頭各層的污跡未清理干凈，導(dǎo)致電纜頭內(nèi)部存有污穢。在干燥情況下，污穢層電阻較大，對(duì)電纜運(yùn)行影響較小，但當(dāng)電纜頭受潮后，污穢層被濕潤(rùn)，會(huì)加速水樹(shù)枝和電樹(shù)枝的擴(kuò)散。而由于電纜頭安裝位置的環(huán)境影響，還會(huì)導(dǎo)致電纜頭產(chǎn)生表面污穢層，受潮后，在高壓影響下產(chǎn)生沿面放電現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)生故障。

長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行。本文就某地區(qū)常用的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜來(lái)說(shuō)，小于或等于10kV電壓等級(jí)的電纜工作最高允許溫度為90℃，而大于10kV電壓等級(jí)的電纜工作最高允許溫度為80℃，當(dāng)電纜長(zhǎng)期處于滿載或超載狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，會(huì)長(zhǎng)期超過(guò)電纜工作的最高允許溫度，加速絕緣材料的老化，降低材料的絕緣性能和機(jī)械性能，容易發(fā)生擊穿著火燃燒。

過(guò)電壓。分外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓兩大類(lèi)。外部過(guò)電壓是由大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起的，又稱(chēng)為大氣過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓，其又分為感應(yīng)雷過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓往往持續(xù)幾十微秒，其脈沖特性會(huì)導(dǎo)致電纜絕緣的破壞，引起短路故障；內(nèi)部過(guò)電壓是由于電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過(guò)電壓，有暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓，如電纜頭絕緣受損或相間距離不足，會(huì)降低電纜頭的耐受電壓值，在內(nèi)部過(guò)電壓的影響下會(huì)加速造成接地、短路、閃絡(luò)擊穿等現(xiàn)象[4]。

2 故障防范措施

2.1 選用合適的電纜頭制作材料

根據(jù)電纜類(lèi)型及運(yùn)行環(huán)境選擇符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、工藝成熟、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)、適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境和條件的電纜頭制作材料，是保證電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。盡量以冷縮電纜頭材料代替熱縮電纜頭材料，因?yàn)槔淇s電纜頭采用彈性較好的硅橡膠材料，可避免由于電纜負(fù)載高低，或大氣環(huán)境的影響產(chǎn)生的熱脹冷縮現(xiàn)象，其具有更為優(yōu)異的絕緣性能、密封性能和電場(chǎng)分布特性，而且施工難度也更低，可避免熱縮套管加熱不均勻產(chǎn)生氣泡。檢查明確現(xiàn)場(chǎng)電纜頭制作材料的規(guī)格與電纜規(guī)格型號(hào)相符，以免造成收縮不緊密，導(dǎo)致雜質(zhì)侵入電纜內(nèi)部。

2.2 加強(qiáng)對(duì)電纜頭制作工藝的要求

重視對(duì)施工人員電纜頭制作工藝的培訓(xùn)，提高對(duì)電纜頭各類(lèi)故障的防范意識(shí)，通過(guò)過(guò)程監(jiān)管、績(jī)效考核、分包責(zé)任等方式提高施工人員的責(zé)任心和積極性?？刂坪秒娎|頭制作的環(huán)境條件，制作前應(yīng)清理干凈制作地點(diǎn)的雜物、灰塵等；如果天氣環(huán)境不佳，還應(yīng)采取措施，防止雨雪、風(fēng)沙、灰塵等雜質(zhì)的干擾，影響電纜頭質(zhì)量，如環(huán)境條件不許可，則要改期或更改地點(diǎn)進(jìn)行電纜頭制作；電纜頭制作工具需要擦洗干凈，制作附件放置在無(wú)污染地點(diǎn)；盡量縮短制作時(shí)間，如無(wú)特殊情況制作過(guò)程不得間斷。

嚴(yán)格按照規(guī)定的尺寸和工藝進(jìn)行電纜頭制作，注意制作過(guò)程中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，剝切電纜銅屏蔽帶、半導(dǎo)體層時(shí)，控制好用刀力度，以免傷及絕緣層，影響電纜頭的絕緣性能；打磨去除各層剝切口的毛刺棱角，保持平整光滑；清理干凈主絕緣上的殘留物，并用電纜清潔紙擦拭主絕緣層和銅導(dǎo)線，保持表面清潔；保證接地編織線與屏蔽層和鎧裝層連接的接觸良好可靠；必須正確使用密封膠帶，在安裝冷縮套管時(shí)，要確保套管的密封性和完好性。

2.3 規(guī)范電纜頭安裝管理標(biāo)準(zhǔn)

電纜頭安裝時(shí)，應(yīng)避免電纜過(guò)度彎曲，或電纜長(zhǎng)度預(yù)留不足以致給電纜頭連接處施加作用力，處于繃緊拉扯狀態(tài)。如果設(shè)備內(nèi)的電纜頭安裝空間相對(duì)狹小，可通過(guò)改善配套的基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)、增長(zhǎng)電纜頭線芯制作的長(zhǎng)度來(lái)解決。電纜溝應(yīng)設(shè)置有良好的排水系統(tǒng)，避免電纜長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中，導(dǎo)致水分侵入電纜內(nèi)部。做好電纜頭與設(shè)備連接處的防水防潮設(shè)計(jì)，可增高設(shè)備安裝基礎(chǔ)、加裝電纜頭密封罩。電纜頭安裝要有足夠的相間絕緣距離和與設(shè)備其他部分的安全距離，每相均應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)電壓等級(jí)的避雷器，且避雷器接地應(yīng)良好。應(yīng)力錐是改善電纜絕緣屏蔽層電場(chǎng)分布的最有效的附件，在電纜頭安裝時(shí)，要避免應(yīng)力錐等與設(shè)備的碰撞，造成應(yīng)力錐等材料的破損。

2.4 盡量避免電纜線路的重合閘

相互靠近的兩平行電線間存在著電容，電纜在一定程度上相當(dāng)于一個(gè)大電容，電纜越長(zhǎng)，電容效應(yīng)越明顯。當(dāng)電纜在運(yùn)行中出現(xiàn)故障突然斷電時(shí)，原本儲(chǔ)存的電荷不能立即釋放，如果在這時(shí)進(jìn)行重合閘再送電操作，相對(duì)于把高電壓突然連到一個(gè)原本帶高壓電的電容上，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，此時(shí)的電纜將承受雙倍甚至更高的過(guò)電壓沖擊，電容越大，其過(guò)電壓也越高，會(huì)導(dǎo)致電纜擊穿損壞，而電纜頭作為較脆弱的一環(huán)，此時(shí)更容易損壞。

另外，電纜線路故障和架空線路故障不一樣，絕緣子表面閃絡(luò)、超高樹(shù)木放電、小動(dòng)物放電等瞬時(shí)故障原因較少，一般為永久性故障，以絕緣擊穿原因?yàn)橹?，重合成功率低，重合閘會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的操作過(guò)電壓和短路沖擊，加劇絕緣的損壞，讓系統(tǒng)再一次承受故障沖擊，甚至擴(kuò)大故障的影響范圍。所以，電纜線路應(yīng)盡量避免重合閘。

2.5 定期巡視、試驗(yàn)，并整理故障庫(kù)

定期巡視、檢查電纜頭安裝地點(diǎn)的環(huán)境，尤其是在惡劣天氣及電纜高負(fù)荷運(yùn)行等情況下更要加大巡視、檢查的力度，如發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度過(guò)高或者有小動(dòng)物、雜物等的干擾，需及時(shí)處理，保證出入口、通風(fēng)口防水、防小動(dòng)物等相關(guān)設(shè)施的完好性。定期檢查電纜頭外觀，清理電纜頭絕緣表面的污穢，防止閃絡(luò)，如果絕緣套管有裂紋、腐蝕等絕緣遭到嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)停止運(yùn)行，重新制作電纜頭。定期對(duì)電纜頭進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，并用紅外熱像儀測(cè)量電纜頭和其他電氣設(shè)備的連接點(diǎn)是否有過(guò)熱現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)電纜頭絕緣不良或者連接處過(guò)熱，應(yīng)重做電纜頭或者重新進(jìn)行連接。如發(fā)生電纜頭故障，需要及時(shí)收集資料進(jìn)行分析，建立相關(guān)的故障及防范與處理措施檔案，便于吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并做好以后的故障預(yù)防，防患于未然。

3 案例分析

2021年7 月中下旬，某工業(yè)園10kV環(huán)網(wǎng)柜F04饋線三芯交聯(lián)聚乙烯電纜終端頭發(fā)生爆炸，故障電纜頭整體損壞，其中B相損壞程度最嚴(yán)重。

圖1 故障電纜終端頭

圖2 電纜終端頭B相受損情況

3.1 故障情況

電纜終端倉(cāng)被嚴(yán)重熏黑，甚至發(fā)生了形變；電纜終端絕緣材料已被嚴(yán)重?zé)g，電纜出線口附近布滿灰燼；A、C相絕緣表面覆蓋了大量燒蝕后形成的碳化物，靠近B相側(cè)的絕緣部分受損最嚴(yán)重；B相與設(shè)備連接點(diǎn)已經(jīng)斷裂，肘型絕緣凝套及應(yīng)力錐已被燒毀，線芯扭曲變形。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜下的電纜溝充滿積水，電纜大部分浸泡在水中；環(huán)網(wǎng)柜門(mén)密封設(shè)施已有所損壞；電纜出線口松動(dòng)，密封材料封堵有缺口；電纜終端倉(cāng)上部的開(kāi)關(guān)也被燒壞。

3.2 故障原因分析

電纜頭絕緣部分由橡膠、塑料等可燃物組成，在電弧或者高溫的情況下會(huì)發(fā)生起火爆炸。經(jīng)過(guò)對(duì)電纜頭故障情況及周?chē)h(huán)境進(jìn)行分析，此次故障的原因有以下幾點(diǎn)。

由于臺(tái)風(fēng)天氣原因，空氣濕度較高，雨水充足，而電纜溝排水能力不足，環(huán)網(wǎng)柜密封設(shè)施老化，導(dǎo)致電纜終端倉(cāng)濕度過(guò)高，而電纜頭外殼老化損傷，有水汽甚至因此進(jìn)入內(nèi)部，在絕緣層上或者各層間隙中形成水樹(shù)枝，由于電場(chǎng)的作用，會(huì)使得水樹(shù)枝逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致發(fā)生局部放電，最終導(dǎo)致絕緣擊穿；因?yàn)殡娎|頭與設(shè)備的距離、相間距離較近，絕緣材料因水樹(shù)枝和電樹(shù)枝的影響已遭到破壞，電纜頭整體絕緣環(huán)境較差，容易發(fā)生相間放電或者相對(duì)地放電的現(xiàn)象。

臺(tái)風(fēng)天氣容易發(fā)生雷擊過(guò)電壓，造成系統(tǒng)電流增大，而電流增大使電纜頭連接處接觸電阻增大，同時(shí)產(chǎn)生高溫，致絕緣材料絕緣性能降低，且電纜頭受水汽影響，耐受電壓值下降，在過(guò)電壓的影響下加速發(fā)生絕緣擊穿；B相纜芯的嚴(yán)重扭曲形變可能是因?yàn)樵诎惭b該電纜頭時(shí)操作不當(dāng)，B相端子鉗壓方向和位置有偏差，強(qiáng)制安裝導(dǎo)致纜芯扭曲、線芯排列松弛，在電流的作用下扭曲處電場(chǎng)容易激變，發(fā)生局部放電、局部過(guò)熱，造成絕緣受損、銅線斷裂。

4 結(jié)語(yǔ)

為了保證電網(wǎng)各方面的安全可靠性，對(duì)電網(wǎng)各種故障進(jìn)行案例收集、原因分析，并逐漸完善防范措施和處理措施，建立完整的故障庫(kù)，對(duì)于減少電網(wǎng)故障或者降低電網(wǎng)故障帶來(lái)的危害具有很重大的意義。電纜頭故障在電纜線路故障中占有較大比例，作為電纜運(yùn)行中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電纜頭對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行有重大的作用，通過(guò)選用合適的電纜頭制作材料、加強(qiáng)對(duì)電纜頭制作工藝的要求、規(guī)范電纜頭安裝管理標(biāo)準(zhǔn)、避免電纜線路的重合閘、定期開(kāi)展巡視試驗(yàn)等各項(xiàng)措施，提前消除影響電纜頭穩(wěn)定的各項(xiàng)因素，對(duì)提高電纜線路供電的可靠性有積極意義。