35kV电缆终端头故障及解决对策

国网西安供电公司 王 蕾

科学技术水平的进步和发展在一定程度上带动了国内电力电缆技术的进步和发展，电力电缆设备依托自身绝缘性良好、占地面积小以及输电效率强等优势在我国的输变电网络中有着系统性的应用，但是电缆设备的终端一直是其作为脆弱且容易出现故障的部分，一旦电缆的终端出现故障，不仅会降低输电效率，同时也会降低用户的使用满意度，严重的还会导致故障扩张，进而诱发低压侧三相短路、主变压器等设备故障，严重威胁电网系统的安全稳定运行。笔者结合自身的工作经验，对两个35kV交联聚乙烯电缆终端故障的原因进行综合分析，然后结合实际情况给出具体的故障控制措施，期望对促进电网系统安全稳定运行有所帮助。

1 某220kV变电站内35kV开关柜电缆头击穿造成主变跳闸故障

1.1 条件说明

2018年9月，故障报某35kV输电线路产生了单相接地故障，现场的调度人员借助传统的拉路法找寻故障原因，发现35kV开关柜电缆头出现故障，导致母线三相短路，220kV主变重启动作跳闸。经现场检修，发现变压器内低压线圈出现了较大的变形，并对其进行了返厂检修[1]。

1.2 成因剖析

维修人员针对35kV开关柜的电缆展开现场检查，经过检查后发现开关柜内的电缆端子B相的接地击穿现象，三相线缆的三相导线和铜排的烧损比较严重。经三相分解后的电缆端子比较，三相端子在半导体层环切割下的断面不平整，没有经过抛光，有凸起，断面主要绝缘色加深，已经发生了退化。B相的主要绝缘体与接线端60mm处有一个大约5mm地击穿孔，这里的主要绝缘体有很深的刀痕，因此判定为切割时切得太深而损伤了主绝缘。

具有优良绝缘特性的电缆，在一般传输过程中，导体、主绝缘层、屏蔽层或金属层间有一定的电容。这种电容器在整个线缆的长度和介质中都是均匀分布的，所以线缆的电场也是均匀的，而且仅有一个径向的电场，不存在轴向的电场。在均质介质中，线芯会均匀放射出功率线，而等位线则呈现一个结构为外部疏松内部紧密的同心圆结构，其中心区域的电磁场强度非常强烈，距离中心线位置越远，其磁场强度逐渐呈现下降趋势。在铜质屏蔽和半导体屏蔽层剥离后，线缆端部的径向电场分布不均匀，并且沿光缆长度方向的轴向电场分布不均匀，在同一地点进行三相分解和耐压测试[2]。

在半导体层和主绝缘截面处，轴向电场分量最大，轴向应力最大；其次，由于聚乙烯绝缘体沿表面的破坏强度远远低于竖直破坏强度（沿表面只有5%～10%的垂直破坏强度），存在轴向电场成分，会使电缆端部的电强度大幅下降，因此必须使用应力锥体来改进半导体层和主绝缘截面的电场，从而实现均一的电场[3]。如果电线的主要绝缘层有杂质或者有刮痕，则会产生一个较强的电场，如图1所示。强电场的劣化会引起场致辐射，长期的场致辐射积累会引起电树枝。电树枝是引起主绝缘失效的先决条件，并在此基础上使主绝缘产生“电子雪崩”，从而使主绝缘破裂。

图1 主绝缘存在杂质或划伤处时的强电场

从上述结果可以看出，本次电缆终端的故障是由于B相在剥离半导体层时切得太深，造成了主绝缘层损坏，从而造成了该区域的电场恶化，尽管最终完成了交接测试，但对以后的工作也造成了一定的影响。当输电线路单相接地短路时，其他两相的电压也会随之上升。在现场调度和操作人员发现，B相线端部划痕处的击穿强度小于轴向电场，从而加速了该处的电枝生长，最终导致主干对地击穿。

该故障发生后也带来了其他次生影响。当电缆设备的端子被对地击穿后，往往会出现金属粉末，这些金属粉末会在开关柜内产生放电通路，由于开关柜的空间非常狭窄，由此导致35kV三相母线出现了短路的情况。如果母线出现故障，即便变电站内部的保护装置正常作业，但是也会导致220kV #1主变发生近区短路，三相线圈内三相匝间短路，三相线圈受短路力的影响，导致三相低压绕组出现了严重的变形，并在这段时间内进行了大修。经过后期的抗短路性能检验，当系统容量持续增大时，其低压侧的短路能力已经无法满足使用需求，这是导致本次事故蔓延的次要因素[4]。

2 110kV变电站35kV室外电缆接头的失效分析

2.1 状况说明

2016年4月，某地区的110kV变电站35kV出线室外电缆端部A相出现了故障，该线路之前并未发生过短路故障，也未进行负载调节，同时该地区近期也未曾出现雷暴等极端天气。

2.2 成因剖析

线路检修人员对室外三相线缆的外观状况进行现场检验后发现A相线缆的端部被击穿、烧损，B、C相外观不正常。对电缆端子的拆分和耐压测试，一是半导层的剥离长度不符合规范，剥落时间太长，导致在安装过程中，应力锥体没有有效地覆盖半导体层的剖面，没有形成均匀的电场。二是由于这种电缆的半导体层是不能剥除的，必须用特殊的刀具进行切割，施工人员为了便于剥落，没有注意线路切割注意事项，对主绝缘层产生了一定程度的破坏，尤其是A相主绝缘1cm区域存在严重的刀刻划痕，已经产生了电树枝。

同时，在主绝缘的中部区域存在一条长度在3cm的半导电层，在剥离PVC胶带后也发现存在严重划痕且主绝缘的颜色变深。以上种种现象均说明主绝缘受损严重。导致该问题的原因在于作业人员未控制好切割尺寸。因此，可以用聚氯乙烯胶带来提高绝缘。结果表明，三相半导体和铜屏蔽层的环切断面不平整，有刮痕、突起，主要绝缘体附近有大量的电枝，而A相线地端部则是由半导体层和主绝缘截面构成的[5]。

综合以上分析，A相线头主要绝缘击穿主要是因为在剥离半导体层时，电力作业人员未能根据作业标准做好打磨工作，在剥离时出现的毛刺和大量的划痕，由此导致电场呈轴向分布。此外，未能严格根据设计要求做好应力锥的安装工作，导致其未能有效和半导电层连接，在高场强的情况下，场致发射得到了强化，并逐渐形成了电树枝。尽管在半导电层剥落的位置发生了故障，但A相的主绝缘存在5cm的划痕，PVC胶带和半导电层的刮削区已经有了电树枝，主要的绝缘颜色已经变得更深、更差。

3 预先控制的方法

上述两次电缆故障都是由于工程质量不高造成的，为了确保电缆的安全、稳定运行，并根据电力电缆的全寿命周期管理重点，提出了以下管控措施。

3.1 对电缆及其配件的质量进行严格控制

首先，根据施工、维修和区域环境的特点，修订一般技术规格，并可按不同的工程特点，对有关技术条款进行修订，以确保其适用范围。其次，在挑选电缆生产厂商以及电缆配件生产厂商的股从中，需要严格做好质量和技术把关工作，不能只重视配件的价格，要从供应商自身的资质、产品质量以及价格等多方面因素进行考虑，挑选出质量最优，价格低廉以及符合要求的电缆产品及其配件。最后要加强对电缆及其附属产品的现场验收，切实做到事前控制。

3.2 强化工程质量控制

一是严格控制建筑企业的资质，保证工地工人持证上岗，并严格监督，防止出现虚假资质的现象。二是在铺设电缆时，应防止各种原因对电缆护层造成损害，在拐角部位的弯曲率要符合规定，电缆的敷设裕量要符合随后的消缺要求。三是在制作电缆终端之前，应设置遮风棚，严格控制施工场地的温度、湿度，超过70%以上严禁使用。四是在电缆工程项目施工阶段，必须派遣专业的维修人员针对旁站做好检查工作，如果在检查过程中发现问题需要及时进行整改，杜绝工程隐患。如维修人员因故无法在现场作业，则可以采用远程视频的方式进行质量管控。五是要做好电缆工程项目质量评估工作，确保技术水平优秀的建筑企业进入工地，可通过评标方式淘汰一批技术水平低、信誉差的建筑企业，形成良性竞争。

3.3 线缆终端的关键问题处置意见

一是在剥离铜屏蔽层尺寸后，采用PVC自粘带将铜条紧固，以避免铜片脱落。剥切时，为了确保切口的平滑，可以采用恒力弹簧进行剥离。这种工艺可以确保在环切时不会偏移，在剥离时的力量要均匀，不会损伤半导体层。在剥离铜屏蔽层后，要对切口进行处理，切口要平滑，不可有毛刺。

二是在将半导体层剥落与主绝缘层分离时，为了确保半导体层剥落部位的平滑，可以采用恒力弹簧将其紧固，然后再用恒力弹簧将其锉削，使剥皮与主绝缘层之间的过渡达到均匀的程度，在恒力弹簧的阻挡下，不会对半导体层造成破坏，从而提高了电场的分布。同时，在剥离半导体层时，可以使用特殊的刀具，切入的数量要适度，以免损坏主绝缘。主要绝缘面有划痕、凹痕等，用不含120的氧化铝砂纸抛光。

三是在安装应力椎的过程中，要对其大小进行标记。可用聚氯乙烯材料进行标记，安装时严格按照标准进行安装。

四是在电缆支路安装前后，需对其中间间隙区域做好填充和防水处理工艺。

3.4 提高操作能力

一是从事电缆工程的单位要和技术部门联合开展电缆安装维修技术培训工作，通过系统化的培训工作来有效提升维修作业人员的作业能力和应急故障现象处置能力。

二是做法路线的巡检工作，及时统计线路负载。如发现线路负载存在问题，需及时停电进行检修，避免事故扩大化。

三是可应用先进定位技术对电缆故障进行定位和判断，有效降低故障概率。

3.5 防止电缆事故的扩展

一是电力公司要加强对变电站变压器抗短路能力的检查，针对短路容量不够的，采取现场加固、加装限流装置、返厂检修等措施，防止因线路故障而导致主变受损。

二是针对变电站内部不符合规定的接地设备要进行系统化改造可将其改造为具有选线设备的小电流接地装置，在接地过程中可及时进行选线，从而有效降低因接地故障导致的电缆故障概率。

4 结语

综上所述，本文所描述的两个35kV电缆终端的故障都是因工程质量问题引起的，为了确保变电站的安全、稳定运行，除了要在提高工程质量方面寻求突破，还需严控电缆及附件品控，提升专业检修人员运维水平，处理好电缆终端制作关键点，并对站内抗短路能力进行提升，对中性点接地方式进行改进，消除由于电缆故障扩大造成经济损失和隐患。今后，将继续探索和改进所提的预控措施，以提高变电站的运行管理水平。