6-35kV高压电缆头在高压供配电系统应用中的故障分析

6-35kV高压电缆头在高压供配电系统应用中的故障分析

薛军  

陕西龙门钢铁有限责任公司  陕西渭南  715405

摘要：本文通过对高压电缆头在公司高压供配电系统运行中发生的故障类型及原因进行分析，结合电缆头制作环节中的技术原理分析，制定出针对性的改造措施，降低电缆头的故障率，提高供电系统的安全可靠性。

关键词：  电缆头绝缘击穿  接地故障  应力疏散处理  制作工艺

龙钢公司高压供配电系统由110KV进线线路，110KV变电站，35KV变电站、各二级单位高压配电室，变压器，线路等组成。是公司生产设备的动力之源，其重要性不言而喻，如何才能保证供配电系统的安全运行是每个电气作业人员矢志不渝的追求。但从我们历年来的电气事故来看，因电缆头故障导致的事故最多，约占事故总数的70%以上，本文就几年来系统中出现的电缆头故障进行分析和研究，对补强我们供电系统最薄弱的环节，提高公司供电的可靠性至关重要。

一、龙钢公司供电系统中高压电缆的应用

龙钢公司供电系统共有110kV变电站两座、35kV变电站两座、10kV配电室45座、10kV高压电机及变压器1500余台，大量的高压设备均采用电缆线路进行供电联络，高压电缆头的数量更是达到了4000余套以上，其中有80%采用热缩电缆头工艺。

二、近几年的电缆头故障统计

经过对公司近三年的事故统计，电气事故共计19起，与电缆故障有关的事故共计15起，其中电缆本体1起，电缆头中间头故障1起、电缆终端头故障13起。经过我们技术人员对故障电缆头的解体分析，电缆终端头的故障点均在电缆头应力管断口处，基本都是绝缘击穿，造成弧光短路，导致供电系统发生扰动，对生产系统造成了较大的影响。

三、故障原因分析

典型的3月16日发生的35kV电缆头故障为例进行分析和讨论，该发生事故后，对故障电缆头的解剖，发现故障点还是在应力管的断口处，结合以往的经验电缆头绝缘击穿的主要原因有以下几个方面：

（1）供电系统产生过电压，造成电缆头绝缘击穿故障；

（2）电缆头材料质量问题；

（3）电缆头安装不规范，电缆头处受应力影响；

（4）电缆头制作过程不规范，制作工艺不达标；

（5）电缆运行年限较长，电缆头本体绝缘老化；

（6）受使用环境影响，电缆头受潮。

1、对系统的故障录波运行参数进行了调取，查看了当时的电压波形和电压幅值，未发现有谐波和过电压问题，对系统的启动操作记录进行了调取，当时的时间段也未进行相关的倒闸操作，排除了过电压的可能。

2、根据现场的调查，电缆头安装固定规范，电缆头安装符合弯曲半径要求（单芯电缆不小于电缆直径的20倍），电缆头未受到应力影响。

3、对高压室现场的环境进行了检查，高压室的湿度表显示当时的湿度40%，温度18℃。

我们在电缆头解剖现场发现电缆头应力管断口主绝缘处有横向裂纹，经过分析，我们认为应该是该电缆头在制作过程中剥除主绝缘外半导电层时使用刀具环切过深，伤及主绝缘，长时间运行后导致绝缘被击穿，接地后燃弧，引起弧光短路事故。这类问题说明我们的施工人员在施工过程中不注意施工工艺，留下的安全隐患。

    四 、电缆头制作工艺及原理

   （一）在电缆主绝缘层外面有一层外半导体和铜屏蔽，其作用实际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。

（二）在三芯电缆终端头中必然有一小段电缆的外半导体和铜屏蔽层被剥除，主要目的是用来保证高压对地的爬电距离的，这个屏蔽断口处应力十分集中，是终端头中最薄弱的环节，必须采取适当的措施进行应力处理,我们一般采用应力管或应力锥。

（三）高压电缆的电场分布原理

高压电缆每一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（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的。在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层后，芯线的电力线向屏蔽层断口处集中，那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位，加上电缆头制作过程中施工人员不注意，环切时损伤主绝缘，这也就是我们认为的3.16事故的主要原因之一。

（四）半导体层断口必须要做倒角处理

　　通过上图我们能看出因锥面的长度远大于直角边的长度，故沿着锥面的切向场强远小于直角边的切向场强，沿锥面击穿的可能性大大降低，提高接头的安全性能。

　 （五）高压电缆头应力管的作用

制作电缆头时，由于剥去了铜屏蔽层，改变了电缆原有电场分布，产生了对绝缘极为不利的切向电场，在屏蔽层断口处电力线较为集中，故在此处容易击穿电缆。电缆附件中应力管和应力疏散胶主要用于缓和分散电应力的作用。

（六）我们在处理好主绝缘后要采用硅脂润滑界面，以便于安装；同时还有更重要的作用是可以填充界面的气隙，消除电晕并隔绝灰尘，避免因为灰尘进入导致短路 。

（七）要将电缆头绝缘端部削成斜坡锥面，因锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度，故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，提高接头的安全性能。

五、针对以上电缆头的故障，我们从以下几方面进行了完善：

1、组织检修人员对电缆头制作工艺原理和要求进行了专题培训和学习，让大家认识到电缆头制作工艺的重要性。2、对公司的运行年限大于10年的高压电缆头进行了统计，并制定改造计划，分步骤进行改造。3、在公司范围内全面淘汰热缩电缆头材料，全部改造使用工艺更先进的冷缩电缆头材料。4、要求项目施工时有关人员必须具备高压电缆头制作能力及资质的准入要求。5、在电缆头制作完成后必须挂责任牌，实行质量终身制。6、对电缆头制作时安排专人负责进行质量监理和跟踪，确保过程受控。7、电缆头制作完成后，创新性的在应力管处采用防火毯进行包覆，防止因绝缘击穿而起火短路。8、电缆的试验全部采用交流耐压试验。

结论：从三月份至今我们严格执行以上七项措施，首先对公司变电站的35kV电缆头进行了改造，截止目前已改造完成70余套，运行效果良好，再未出现一次电缆头击穿短路事故，说明我们的改造措施切实有效，可继续在公司的高压供配电系统推广使用。

参考文献:

GB50168-2018电气装置安装工程电缆线路施工与验收标准

GB50150-2019电气装置安装工程电气设备交接试验标准