交联聚乙烯电力电缆冷缩电缆头故障调查分析

2016-11-08南春雷吴继兵郭宏伟卢琳方任卿

科学中国人 2016年30期

关键词：电缆头绝缘层聚乙烯

南春雷，吴继兵，郭宏伟，卢琳方，任卿

国网三门峡供电公司

交联聚乙烯电力电缆冷缩电缆头故障调查分析

南春雷，吴继兵，郭宏伟，卢琳方，任卿

国网三门峡供电公司

交联聚乙烯电力电缆由于其良好的电气性能和耐热性能得到了广泛的应用，但在实际工作现场中，电缆头的制作工艺存在诸多问题；本文结合实际故障现象，对如何提高电缆头的冷缩施工工艺和电缆的安装水平进行了详细分析，并对类似的故障情况提出了防范措施。

聚乙烯电缆冷缩头；故障分析；防范措施

引言

交联聚乙烯电缆自问世以来，以其结构轻便，安装维护方便，绝缘性能优越，载流量大及没有敷设高差限制等优点，在电力系统得到广泛的应用［1］。随着大量交联电缆的使用，提高交联电缆头的安装质量，保证电缆的安全运行是电力系统的关键问题。

本文现结合一实际故障现象，详细分析了如何提高电缆头的冷缩施工工艺和电缆的安装水平，及对类似的故障情况提出了防范措施。

1.故障及处理情况

某年2月21日19：56分，某变电站值班人员发现35kV设备区有火光，立即向调度进行了汇报，经过确认，发现是35kV线路甲刀闸电缆头处中相着火，于20：01分断开该开关，2月22日7：15，检修部门立即组织专业人员对烧坏的电缆头进行了重新制作，试验合格后该开关恢复供电。3月7日14：54分，该变电站值班人员又发现上述35kV线路户内电缆头起火，立即向调度进行了汇报，并于14：57分断开该开关，3月7日22：53检修部门再次组织人员对烧坏的电缆头进行了处理并恢复了供电。在事件的整个处理过程中，我们多次联系电缆及附件厂家，针对本次户内、户外电缆头以外单芯处故障原因，组织专业技术人员对解体的电缆头进行了认真的分析讨论，和电缆附件厂家技术人员一起，找到了故障发生的主要原因，提出了防范措施，对提高35kV及以下交联聚乙烯电缆头冷缩工艺水平起到了一定的促进作用。

2.故障交联聚乙烯电缆及冷缩头参数、冷缩电缆头损坏情况

发生故障的35kV线路电缆型号为YJV22-26/35-3×240，接于线路甲刀闸与变电站围墙内该间隔龙门架之间，长度约40m，户外冷缩接头型号为WLS5311，冷缩接头的材料主要性能如表2-1所示：

表2-1　冷缩接头的材料主要性能

电缆头故障情况如图2-1所示，从图2-1（a-d）可以清楚地看到，现场电缆头做了加长管，电缆头损坏部位十分明确，在电缆头以外单芯处，B相较为严重，其他两相如果单从损坏电缆头以外单芯处的外观看，不能看出明显的故障现象，当把其余两相的冷缩加长管在故障相的同部位打开后，发现烧坏的独芯电缆处正好在截断半导体层的接口处，所割开的半导体四周参差不齐。

在电缆附件厂技术人员的指导下，我们对损坏的冷缩电缆头进行了现场分解，从割开的冷缩电缆头结构可以看出，在冷缩电缆终端靠近电缆侧4cm处有一3cm长的应力锥，由于电缆绝缘外径到应力锥的过渡段在安装时没有处理好，在该处发生轴向场强过大产生的击穿造成了电缆延长管的损坏。

图 2-1故障电缆头情况

3.交联聚乙烯电缆冷缩电缆头结构及本次故障损坏原因的分析

3.1交联聚乙烯电缆结构分析

交联聚乙烯电缆和大家熟悉的油浸纸统包电缆的区别除了相间主绝缘是交联聚乙烯塑料以及线心形状是圆形之外，还有两层半导体胶涂层。在芯线的外表涂有第一层半导体胶，它可以克服电晕和游离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。在相间外绝缘表面涂有第二层半导体胶，同时挤包了一层0.1mm厚的薄铜带，他们组成了良好的相间屏蔽层，使之几乎不能发生相间故障。图3-1为其结构示意图。

图 3-1交联聚乙烯电缆结构示意图

在电缆结构上的所谓“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，这一层屏蔽为内屏蔽层；同样在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，是引起局部放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，这一层屏蔽为外屏蔽层；没有金属护套的挤包绝缘电缆，除半导电屏蔽层外，还要增加用铜带或铜丝绕包的金属屏蔽层，这个金属屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生短路时，作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。

3.2电缆冷收缩附件的技术特点

冷缩式附件所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶，冷缩式附件常采用几何结构法与参数控制法来处理电应力集中问题，而且几何结构法即采用应力锥缓解电场集中分布的方式要优于参数控制法的产品。该类附件材料性能优良，如：憎水性好、高弹性、机械强度高，寿命长等，较大改善了界面性能。安装方面其最大特点是安装工艺方便快捷，只需在正确位置上抽出电缆附件内衬芯管，无需加热就可安装，另外，安装时对电缆的绝缘层外径尺寸要求也不是很高，只要电缆附件的内径小于电缆绝缘外径2mm就完全能够满足要求，因此，冷缩式附件已成为中低压以及高压电缆采用的主要形式。其使用中的关键技术问题是：

（1）附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定的要求。

（2）需采用硅脂润滑界面，以便于安装，同时填充界面的气隙。

（3）一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用，有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封。

（4）一般35kV及以下电压等级的冷缩式附件多采用工厂扩张式（对应现场扩张），其有效安装期在6个月内，最长安装期限不得超过两年，否则电缆附件的使用寿命将受到影响。

3.3综合分析

交联聚乙烯电缆制作电缆终端时应剥除一小段屏蔽层，其主要目的是用来保证高压对地的爬电距离，因为这个屏蔽断口处应力十分集中，是薄弱环节！必须采取适当的措施进行应力处理（用应力锥或应力管等）。剥除屏蔽层的长度应以保证爬电距离，增强绝缘表面抗爬电能力为依据，屏蔽层剥切不宜过长，否则将增加施工的难度，同时也增加电缆附件的成本。半导电层也应在冷缩电缆终端应力锥的要求部位割开，而不应该按照以前热缩电缆头的做法在远离电缆终端的部位进行割断，否则将造成了半导电层失去应力锥的保护，在不均匀电场的作用下放电，造成绝缘损坏。另外，半导电层的作用是屏蔽强电场，如果剥的不圆滑，就会造成尖端放电，经过一段时间的运行，尖端放电发热也会使绝缘损坏。

经与电缆附件厂技术人员对损坏的电缆部位进行分析后，认为本次故障的主要原因是现场安装人员对冷缩工艺要求未完全掌握，特别是对于电缆头增加加长管后的制作要求不清楚，盲目地在远离电缆终端的部位进行割断，造成了半导体层失去应力锥的保护，同时也未按要求加装应力管，最终使电缆头半导体层切割处在不均匀电场的作用下放电，进而引发电缆头起火故障。

4.此次故障反应出来的问题

本次故障的发生，暴露新技术在实际运用方面还存在一些问题，不仅有技术方面的原因，也有管理方面的原因，主要有以下几点：

4.1新技术的应用方面人员培训滞后

110kV及以下交联电缆在某局投入运行已经有3年左右的时间，特别是35kV及以下交联电缆的使用越来越广泛，但是现场的安装人员一直没有进行过相关知识的培训，对冷缩电缆附件结构原理、冷缩电缆的制作程序和工艺要求不清楚。

4.2现场盲目施工的现象仍然存在

在冷缩新工艺应用时，未严格按照厂方技术要求进行施工（现场应按照电缆头包装内所带的1：1的纸样板进行制作），在不清楚且有疑问时，未及时联系厂家解决，而是想当然的按照热缩方法进行，即便是热缩工艺，应力管是必须加装的，却也未加装，从此可以看出现场人员的标准化工作也有待进一步加强。

4.3高压电缆头制作工具不全

由于高压电缆外皮坚硬，特别是半导体层的剥掉很困难，而目前现场的工作人员还是有壁纸刀来进行工作，遇到冬季，电缆制作难度更大。

4.4电缆检测手段不全

对于交联电缆的试验，目前仍存在试验项目不完整，试验方法不规范的问题，如交流耐压试验的电压和加压时间等。

5.应采取的防范措施

本次设备故障虽未造成较大的损失，但由此引发的一系列问题不得不引起相关部门的高度重视和进一步反思，为了避免该类问题的再次发生，建议采取以下防范措施：

5.1电缆工作为一项十分专业的工种，应尽快引起各方面重视，检修部门等施工单位应确保电缆工的有效管理，督促电缆工加强专业学习，新工艺采用之前，应联系厂家现场指导，必要时可安排人员到设备厂家或兄弟单位进行交流学习，采取多种方法的方法，对有关专业人员进行电缆新技术、新知识培训，尽快上岗取证，避免安装工艺不良的设备投入生产。

5.2严格按规程要求加强现场工作管理，积极推行标准化作业，特别要重视新设备、新工艺的标准化作业指导书的编制工作，严禁不按设备技术要求盲目施工，确保工作流程和工艺质量符合规范要求。

5.3积极了解厂家和参观兄弟局电缆专业的制作工具，购置利于工作的电缆头制作工具。

5.4运行人员应加强新设备和采用新工艺设备的运行巡视，在投运初期的巡视周期应相应缩短。试验人员努力提高电缆检测水平，积极学习交联电缆的试验方法，做全电缆的测试项目，除将电缆的直流耐压试验改为交流耐压试验，同时对试验人员做好新设备的检测知识培训。按照《带电设备红外诊断技术应用实施细则》要求，新建、改扩建等工程的电力设备在带负荷1个月内（但最早不得少于24小时）施工单位应进行一次红外测温和诊断，该点必须引起施工单位的高度重视，争取早发现，避免安装不良的设备引发恶性事故，危及系统的安全运行。