摘要：10 kV电缆中间头故障会直接影10 kV电缆的运行安全，同时对社会生产生活也有一定的影响。然而10 kV电缆的安全运行是提高供电企业可靠性与安全性，提升企业经济效益的强有力保障。基于10 kV电缆安全运行的重要性及影响力，文章结合港区变电站10 kV电缆中间头故障实例分析了10 kV电缆中间头发生故障的原因，并提出了相应的解决对策，旨在减少或者避免10 kV电缆中间头故障的发生率，保证10 kV电缆运行的安全性与可靠性。
关键词：10 kV；电缆；中间头；故障原因；对策
在电力系统的安全运行过程中，10 kV电缆的中间头故障，会对电缆的运行造成严重的影响，不利于电缆的安全运行。随着我国社会经济的不断发展，对电力系统的要求越来越高。及时的发现10 kV电缆中间头的故障成因，解决10 kV电缆运行过程中出现的问题，保证10 kV电缆的安全运行，才能保证电力系统的稳定运行，适应人们日益增长的电力需要，促进我国电力系统的发展。
1、10 kV电缆中间头故障情况
2015年5月22日，110kV港区变配站10kV F21东江口线接地系统选线保护动作跳闸过流Ⅱ段动作，重合闸失败。该变电站10 kV线路系统所采用的电缆型号为YJV22-3x300 mm2，电缆全长共2350 m，其在试运行期间一切操作运行十分正常。该10 kV电缆在运行中发生故障时电缆所产生的电流负荷最大值是129A，通过对10 kV电缆故障的一系列测试，确定该电缆所发生的故障属于电缆相间短路接地故障，阻值均小于1 MΩ。
2、10 kV电缆中间头发生故障的原因分析
10 kV电缆的运行过程中，会受到一些因素的影响，出现一些问题，影响电力系统的安全和稳定运行。中间头故障是10 kV电缆运行过程中，发生问题的一项主要原因。
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。正常电缆的电场只有从导线沿半径向屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场，电场分布是均匀的，如图1所示。图中彩色箭头表示电场的电力线
如图2所示10kV三芯冷缩中间头结构图
电力作业人员在制作中间头的接头的时候，对半导体屏蔽层、绝缘层、线芯都进行了剥切，在电缆接头线芯和屏蔽层的切断处，会产生电应力集中现象，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的畸变电场（沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中，在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。如图3：
另外，由于现场施工条件较差，不可避免会侵入灰尘、气体、水分等杂质，而这些又是造成固体绝缘介质沿面放电的主要原因。根据剖开的故障电缆发现：靠近YJV22-10-3X300侧端电缆的绝缘层表面有明显放电碳化通道，该通道从线芯一直到电缆绝缘半导体屏蔽层剥切口。由此可见，该电缆击穿是接头处绝缘表面放电造成的，说明YJV22-10-3X300侧冷缩套管与电缆绝缘表面结合处存在气隙、杂质，形成了绝缘薄弱环节，可能导致其击穿的原因有：
故障现场图片：
（1）施工环境：
冷缩电缆终端头制作时的天气及施工场地较差，制作过程中电缆头绝缘中进入了尘埃、杂质等形成气隙，并在强电场下发生局部放电，继而发展为绝缘击穿。另外，在潮湿的环境中制作，则电缆容易受潮而使得整体绝缘水平下降，也容易进入潮气形成气隙而出现局部放电。
（2）施工工艺：
①剥除半导电屏蔽层并清除干净半导电屏蔽层是电缆的一个非常重要的组成部分。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。书馆半导电屏蔽层在电缆中主要起均匀电场和消除气隙，降低或消除局部放电电量的作用。剥切电缆半导体屏蔽层时，刀痕过深，会使主绝缘层表面有伤痕，容易存在气隙。另外，电缆半导体屏蔽层剥切后，没有清除干净，其半导体残留在主绝缘层上，一方面由于爬电距离不够容易在接线端子处发生沿面闪络，另一方面也容易产生气隙而引发局部放电。
②电缆接头的铜屏蔽断口处，由于电场集中，未采取绕半导电带等改善电场集中的措施，使得运行电缆在屏蔽层断口处电场集中，成为薄弱环节，容易引发电缆绝缘击穿故障。
③电缆线芯压接后，连接管压坑变形有尖端、棱角，造成电场畸变，局部场强集中，产生尖端放电。
④冷缩硅橡胶套管是预制成型附件，必须与电缆截面相配套，并且此处为异径电缆的接头，做接头前如没有认真检查是否配套，事必造成收缩不紧密而不能保证界面压强，导致杂质侵入气隙或受潮。
⑤冷缩电缆头制作完成后，应分别在收缩后各相冷缩管和冷缩指套的端口处包绕半导体自粘带。这样，既能使冷缩管外半导体层与电缆外半导体屏蔽层良好接触，又能起到轴向防水防潮的作用。包绕自粘带，是冷缩接头防潮密封的关键环节，要以半重叠法从接头一端起向另一端包绕，然后再反向包绕至起始端。每层包绕后，应用双手依次紧握，使之更好地粘合。包绕时应拉力适当，做到包绕紧密无缝隙。如果不采取这些堵漏、防潮和密封措施，则电缆头在运行过程中，容易逐步渗入进潮气、杂质等，引发电缆头绝缘击穿故障。
⑥制作冷缩接头时，因三相冷缩绝缘套管同在中心位置，由于不平整，包绕防水带中会有皱折，造成包缠不紧密，这也是导致接头进水受潮的重要原因之一。从此可知，在10 kV电缆的运行过程中，中间接头的施工是一个相对比较薄弱的施工环节，需要电力施工部门重视。
3、解决10 kV电缆中间头故障的有效对策
电缆头是电缆绝缘的薄弱环节，电缆故障绝大多数为电缆头或电缆中间接头故障。从这次事故也可以发现，事故的原因是电缆中间接头制作质量不良，压接头不紧、接触电阻过大，长期运行造成的电缆头过热，烧穿绝缘。由于电缆故障查找比较困难，短时间内无法修复，从而造成重大经济损失。因此敷设电缆时，要严格控制电缆头的施工质量，特别是绝缘水平。此外要求电缆沟要有良好的排水设施，保持内部干燥，防止腐蚀性气体或可燃性气体进入电缆沟。具体注意事项如下：
（1）冷缩电缆终端头的制作必须在天气晴朗、空气干燥的情况下进行，施工场地应清洁无飞扬的灰尘或纸屑。电缆终端头从开始剥切到制作完成必须连续进行，一次完成，防止受潮。剥切电缆时不得伤及线心绝缘。密封电缆时注意清洁，防止污秽与潮气侵入绝缘层。
（2）电缆绝缘层剥切后，应用细砂纸仔细打磨主绝缘层表面，使其光滑无刀痕，无半导体残留点。清洗绝缘层必须用清洗溶剂从线芯向半导体屏蔽层方向，千万不能用接触过半导体屏蔽层的清洗纸清洗主绝缘层表面。
（3）线芯压接以后，应用锉刀、砂纸仔细地打磨以消除棱角和尖端，并注意金属粉屑不得残留在绝缘层表面上。
（4）在制作电缆接头过程中应特别注意保持清洁，同时应尽量缩短制作时间，电缆剥切后，在空气中暴露的时间越长，侵入杂质、水分、气体、灰尘等的可能性就越大，从而影响接头质量。
（5）制作冷缩接头前要认真检查电缆附件与电缆是否配套，这样才能严格控制冷缩硅橡胶绝缘套管的过盈量，保证其有足够的接触压力，使界面接触紧密，没有气隙。
（6）分别在收缩后各相硅橡胶复合绝缘套管的两端口处包绕半导体自粘带。这样，既能使硅橡胶套管外半导体层与电缆外半导体屏蔽层良好接触，又能起到轴向防水防潮的作用。
（7）包绕自粘性防水带，是冷缩接头的防潮密封关键环节，要以半重叠法从接头一端起向另一端包绕，然后再从这一端反方向包绕到起始端，绕包两层。每层包缠后，要用双手依次紧握一遍，使之更好地粘合。包绕时一定要拉力适当，做到包缠紧密无缝隙。
（8）交联电缆的绝缘是由添加交联剂的热塑性塑料挤包、交联制成的。在直流电场的空间电荷作用下，其绝缘性能会加速劣化，使用寿命会缩短，因此应杜绝直流耐压试验。
（9）新投运或重做电缆头后的交联电缆应采用交流试验方法。采用这种方法试验时，输出的正弦电压波形接近电缆的运行工况，试验电压值低于直流耐压试验值，且在测试中不会使有害的空间电荷注入绝缘材料。同时，可以无损伤地探测到电缆、电缆接头及施工工艺的缺陷，对绝缘介质中的电树枝、水树枝放电状况有所改善，保证电缆的正常使用寿命。
4、结束语
随着电缆线路在麻涌的大量使用，加上施工改造过程的大量开展，越来越多的电缆中间头与电缆终端头在工程中出现，电缆头引起的跳闸故障占据了很大比重，因此，对电缆头制作环节的监管与维护是一项重要的工作，需要在以下方面做好改进 ：
（1）加强对电缆头制作人员的监督与培训，且必须持证上岗，有相关从业资格才可以进行电缆头的制作。
（2）对施工配合人员进行培训，强化责任意识，盯控好施工过程中，做好工程及实验记录，一旦发现问题及时纠正，不达到标准禁止送电运行。
（3）对于新敷设电缆线路，应按“电气设备交接和预防性试验标准”的规定进行试验，应建立健全线路设备及工程的档案资料，要求在验收时必须资料齐全才能通过。
（4）电缆运行过程中，相关维护单位按要求对电缆检查巡视及测试保养，接头位置必要时挖开检查，及早发现缺陷，不带病运行。
（5）加强电缆的维护管理，及时清理周边杂物，改善其运行环境。
（6）开展振荡波局放预防性试验，发现隐患或绝缘电阻不满足要求的，采取重新制作电缆中间头措施防范事件的发生。
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作者简介：
赖洪威(1966-6)，男，广东东莞人,配电线路技师，研究方向：配网安全运行。
论文作者:赖洪威
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：电缆论文; 屏蔽论文; 故障论文; 电场论文; 半导体论文; 绝缘层论文; 过程中论文; 《电力设备》2017年第33期论文;