论文部分内容阅读
【摘 要】随着大中型城市的规划发展，供电系统中越来越多地采用电力电缆作为输配电的工具。因此，作者认为无论从经济效益还是从保障电力系统的安全运行角度来看保证电缆质量都具有深远的意义。文章探讨了高压电缆故障产生的原因及电缆终端制作的要点，供大家参考。
【关键词】高压电缆 故障原因 制作重点
一、高压电缆故障原因分析
在具体的工作实践中，我认为高压电缆故障产生的原因可分为五大类，分别为：（1）设计原因，（2）厂家制造原因，（3）施工质量原因，（4）外力破坏原因，（5）试验原因等。
（一）设计原因
我国分多地方没有单独的电缆设计，电缆多放在变电设计中，而变电设计由于专业限制，大部分对电缆专业知识了解甚少，有些连护层保护器。电缆接头、交叉互联系统、蛇行敷设等知识的名称都不知道，更谈不上选择合适的参数了。在具体的工作实践中，我曾遇到过因设计的原因而导致高压电缆的故障。
（二）厂家制造原因
厂家制造原因根据发生部位不同，又分为电缆本体原因、电缆接头原因、电缆接地系统原因三类。
二、电缆本体制造原因
一般在电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀、电缆受潮、电缆金属护套密封不良等，有些情况比较严重可能在竣工试验中或投运后不久出现故障。
（一）电缆接头制造原因
首先，高压电缆接头以前用绕包型、模铸型、模塑型等类型，而这些电缆头的制作由于现场条件的限制和制作工艺的原因，绝缘带层间不可避免地会有气隙和杂质，所以这些制作出来的电缆头往往容易发生问题。尽管现在国内普遍采用的型式是组装型和预制型，但该问题依旧难以解决。
其次，由于制造原因导致电缆接头故障的原因有应力锥本体制造缺陷、绝缘填充剂问题、密封圈漏油等原因。电缆接头可分为电缆终端接头和电缆中间接头，不管什么接头形式，因为电缆绝缘屏蔽断口处是电应力集中的部位，所以电缆接头故障一般都出现在此。
（二）电缆接地系统
电缆接地系统包括电缆接地箱、电缆接地保护箱（带护层保护器）、电缆交叉互联箱、护层保护器等部分。一般容易发生的问题主要是因为箱体密封不好进水导致多点接地，引起金属护层感应电流过大。另外护层保护器参数选取不合理或质量不好氧化锌晶体不稳定也容易引发护层保护器损坏。
（三）施工质量原因
因为施工质量导致高压电缆系统故障的主要原因有以下五个方面：
1.现场条件问题
电缆和接头在工厂制造时环境和工艺要求都很高，而施工现场温度、湿度、灰尘都不好控制，当现场环境条件差的情况下，就会影响电缆与接头的制作质量。
2.电缆施工过程中会出现的问题
在电缆施工过程中会在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，另外接头施工过程中由于绝缘暴露在空气中，绝缘中也会吸入水分，这些都给长期安全运行留下隐患。
3.安装过程中会出现的问题
如果安装时未能严格按照工艺施工或工艺规定也会导致高压电缆系统故障。
4.竣工验收过程中会出现的问题
竣工验收过程中采用直流耐压试验造成接头内形成反电场导致绝缘破坏。
5.因密封处理不善导致
高压电缆中间接头必须采用金属铜外壳外加PE或PVC绝缘防腐层的密封结构，如在现场施工中不能保证铅封的密实，就不能有效地保证了接头的密封防水性能。而这种情况也会导致高压电缆系统故障。
（四）外力破坏原因
外力破坏可以分为运输途中、施工中、运行中三种情况。
1.运输途中电缆盘倾覆、被外物碰撞、卸货过程中失稳等均可造成电缆外皮破损或受到不同程度的挤压变形。
2.施工中，电缆沟转弯半径不足、滑车设置不到位、顶管内有异物等，均可造成电缆被破坏。
3.运行中的外力破坏带来的后果最严重，除了造成供电中断，还会引起触电事故，这主要是电缆运行中，因机械或人为的挖掘，勾断电缆所致。
（五）试验原因
高压XLPE电缆线路的运行试验表明，现场采用直流耐压试验不能有效地检出有缺陷的XLPE绝缘电缆及附件。通过直流耐压试验的XLPE绝缘电缆及附件在投入运行后有击穿故障发生。
高压XLPE绝缘电缆采用直流耐压试验是不恰当的，其存在以下明显的缺点：
1.直流电压下绝缘电场分布与交流电压下电场分布不同，前者按电阻率分布，而后者按介电系数分布，尤其在电缆终端和接头等高压电缆附件中，直流电场强度的分布与交流电场强度分布完全不同。这往往造成交流工作电压下有缺陷部位在直流耐压的现场试验时不会击穿而被检出，或者在交流工作电压下绝不会产生问题的部位，而在直流耐压现场试验时发生击穿。
2.XLPE自身的固有场强高，要用很高的直流试验电压甚至严重损伤电缆才能检出。
3.由于XLPE的高绝缘电阻和相应的空间电荷效应，尚不能排除在直流电压下会造成XLPE电缆绝缘非故意的预先损伤。直流耐压试验时形成的空间电荷，可造成电缆在投入交流工作电压运行时击穿，或附件界面因积聚电荷而沿界面滑闪。
因此，电缆接头制作完成后，建议首选：Um（系统最高运行电压）、5min的方法进行竣工交流耐压试验。
三、电缆终端制作的注意事项
电缆终端制作是电缆施工中技术含量较高的部分，需要持证技工操作。终端制作对环境、工艺、尺寸等要求较高，且出现故障往往要通过耐压测试才能检验，因此该工序是保证电缆质量的关键。
下面作者结合自己的工作经验，列举在电缆终端制作过程中需要注意的几个要点： （一）环境要求，湿度不宜过大，安装过程中最大湿度不能超过80%
水分和小杂质对电缆长期运行来说，是十分不利的，这样容易引起水树和局放的发生。故在接头施工前要注意将环境打扫干净，特别是在夏季施工时，接头人员应戴手套，应对环境进行去湿处理（升高环境温度或利用去湿机），在套入应力锥前应用吹风机吹干绝缘表面，以免环境湿度太高。只有这样才能保证电缆终端制作在适宜的环境中进行。
（二）电缆接头前应对电缆加热调直
电缆应加热调直有两个原因：一是消除电缆内因放缆时扭曲而产生的机械应力；二是消除电缆投运后因绝缘热收缩而导致的尺寸变化。所以电缆接头前必须对电缆加热调直。
（三）绝缘屏蔽末端处理
绝缘屏蔽末端处理是电缆接头工作中及其重要的一步，这一步骤的技术、工艺要求最高，不得有半点马虎。如工艺掌握不好容易绝缘屏蔽末端打磨出凹坑、出现台阶或出现半导电尖端，这些都是非常危险的。某220KV线路迁改电缆工程施工中，附件厂家在装配电缆中间接头时，发现电缆绝缘屏蔽末端有一小处半导电尖端，刚好落在中间接头位置，附件厂家要求将一侧电缆再向前牵引30CM，切除该处电缆缺陷。避免了不必要的意外发生。
（四）绝缘表面处理
现在主要的两类电缆附件是装配式电缆接头、预制式电缆接头。装配式电缆接头电缆接头对绝缘外径（外径误差在0.5毫米以内）、绝缘表面平整度要求较高（所用砂纸要求一般不低于600#）、对尺寸要求也比较严格（尺寸要求误差在1毫米以内）。如某110KV线路迁改电缆工程中，厂家施工员用玻璃处理主绝缘层，但因手法不纯熟，用力过猛，主绝缘层被削去约1.5mm厚度，该情况已对电缆绝缘层厚度造成破坏，该段电缆无法使用，需将缺陷段锯断，重新牵引、加温、重做。
相比较而言预制式电缆接头技术比较先进，对绝缘外径（EPDM型应力锥外径允许变化范围在4.5毫米以内，硅橡胶型应力锥外径允许变化范围在8-16毫米以内）、绝缘表面平整度要求不高（所用砂纸要求一般最高400#）、对尺寸要求也比较松（尺寸要求误差在15毫米以内）。
打磨完成后用不掉毛的清洁纸进行清洗，并用电吹风进行风干，也有一些厂家用高热电吹风对绝缘表面进行短时间加热以保证表面光滑。安装应力锥前用电吹风对应力锥和电缆绝缘表面进行去潮处理。
（五）导体连接
高压电缆导体连接一般采用压接，一般采用六角模围压，压痕重叠。
压接次序为先压中间最后压边。压模每压接一次，在压模合拢到位后（压力表指示700kg/mm2）应停留10-15S，使压接部位金属塑性变形达到基本稳定后，才能消除压力。压接前首先要将电缆调平，钳头模具高度位置合适，要考虑压接过程中模具的上升，保证压接后接管与电缆成一直线。各种液压管压接后对边距尺寸S的最大允许值为：S = 0.866×（0.993D） + 0.2mm D — 管外径mm 。
（六）应力锥尺寸定位
一般采用两端定位的方法：在套应力锥前，在电缆两头半导电层上适当位置等距离各做一标记，在应力锥套到最终位置时要求两端与两端标记距离大致相同。这种方法比较准确，误差小。
（七）接头密封
南方天气潮湿而多雨，考虑到塑料产品无法长期保证没有水分渗入，所以在中间接头定货时一般要求接头外有铜壳，铜壳与电缆金属护套间采用搪铅，铜壳外采用热缩管这样一种双层密封的结构。终端头下部一般也采用搪铅再加热缩管的方法。
四、结语
综上所述，各方面的不利因素都有可能对高压电力电缆的质量造成不良影响，故应从设计、生产、施工、维护等方面把好电缆的质量关。施工方应从电缆的敷设、电缆终端的制作、电缆的附件安装及电气连接都应该遵从有关规定，做好相应的记录，为电网的安全运行提供优质的施工成品。对保证施工质量和保障电网安全有深刻的意义。
【关键词】高压电缆 故障原因 制作重点
一、高压电缆故障原因分析
在具体的工作实践中，我认为高压电缆故障产生的原因可分为五大类，分别为：（1）设计原因，（2）厂家制造原因，（3）施工质量原因，（4）外力破坏原因，（5）试验原因等。
（一）设计原因
我国分多地方没有单独的电缆设计，电缆多放在变电设计中，而变电设计由于专业限制，大部分对电缆专业知识了解甚少，有些连护层保护器。电缆接头、交叉互联系统、蛇行敷设等知识的名称都不知道，更谈不上选择合适的参数了。在具体的工作实践中，我曾遇到过因设计的原因而导致高压电缆的故障。
（二）厂家制造原因
厂家制造原因根据发生部位不同，又分为电缆本体原因、电缆接头原因、电缆接地系统原因三类。
二、电缆本体制造原因
一般在电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀、电缆受潮、电缆金属护套密封不良等，有些情况比较严重可能在竣工试验中或投运后不久出现故障。
（一）电缆接头制造原因
首先，高压电缆接头以前用绕包型、模铸型、模塑型等类型，而这些电缆头的制作由于现场条件的限制和制作工艺的原因，绝缘带层间不可避免地会有气隙和杂质，所以这些制作出来的电缆头往往容易发生问题。尽管现在国内普遍采用的型式是组装型和预制型，但该问题依旧难以解决。
其次，由于制造原因导致电缆接头故障的原因有应力锥本体制造缺陷、绝缘填充剂问题、密封圈漏油等原因。电缆接头可分为电缆终端接头和电缆中间接头，不管什么接头形式，因为电缆绝缘屏蔽断口处是电应力集中的部位，所以电缆接头故障一般都出现在此。
（二）电缆接地系统
电缆接地系统包括电缆接地箱、电缆接地保护箱（带护层保护器）、电缆交叉互联箱、护层保护器等部分。一般容易发生的问题主要是因为箱体密封不好进水导致多点接地，引起金属护层感应电流过大。另外护层保护器参数选取不合理或质量不好氧化锌晶体不稳定也容易引发护层保护器损坏。
（三）施工质量原因
因为施工质量导致高压电缆系统故障的主要原因有以下五个方面：
1.现场条件问题
电缆和接头在工厂制造时环境和工艺要求都很高，而施工现场温度、湿度、灰尘都不好控制，当现场环境条件差的情况下，就会影响电缆与接头的制作质量。
2.电缆施工过程中会出现的问题
在电缆施工过程中会在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，另外接头施工过程中由于绝缘暴露在空气中，绝缘中也会吸入水分，这些都给长期安全运行留下隐患。
3.安装过程中会出现的问题
如果安装时未能严格按照工艺施工或工艺规定也会导致高压电缆系统故障。
4.竣工验收过程中会出现的问题
竣工验收过程中采用直流耐压试验造成接头内形成反电场导致绝缘破坏。
5.因密封处理不善导致
高压电缆中间接头必须采用金属铜外壳外加PE或PVC绝缘防腐层的密封结构，如在现场施工中不能保证铅封的密实，就不能有效地保证了接头的密封防水性能。而这种情况也会导致高压电缆系统故障。
（四）外力破坏原因
外力破坏可以分为运输途中、施工中、运行中三种情况。
1.运输途中电缆盘倾覆、被外物碰撞、卸货过程中失稳等均可造成电缆外皮破损或受到不同程度的挤压变形。
2.施工中，电缆沟转弯半径不足、滑车设置不到位、顶管内有异物等，均可造成电缆被破坏。
3.运行中的外力破坏带来的后果最严重，除了造成供电中断，还会引起触电事故，这主要是电缆运行中，因机械或人为的挖掘，勾断电缆所致。
（五）试验原因
高压XLPE电缆线路的运行试验表明，现场采用直流耐压试验不能有效地检出有缺陷的XLPE绝缘电缆及附件。通过直流耐压试验的XLPE绝缘电缆及附件在投入运行后有击穿故障发生。
高压XLPE绝缘电缆采用直流耐压试验是不恰当的，其存在以下明显的缺点：
1.直流电压下绝缘电场分布与交流电压下电场分布不同，前者按电阻率分布，而后者按介电系数分布，尤其在电缆终端和接头等高压电缆附件中，直流电场强度的分布与交流电场强度分布完全不同。这往往造成交流工作电压下有缺陷部位在直流耐压的现场试验时不会击穿而被检出，或者在交流工作电压下绝不会产生问题的部位，而在直流耐压现场试验时发生击穿。
2.XLPE自身的固有场强高，要用很高的直流试验电压甚至严重损伤电缆才能检出。
3.由于XLPE的高绝缘电阻和相应的空间电荷效应，尚不能排除在直流电压下会造成XLPE电缆绝缘非故意的预先损伤。直流耐压试验时形成的空间电荷，可造成电缆在投入交流工作电压运行时击穿，或附件界面因积聚电荷而沿界面滑闪。
因此，电缆接头制作完成后，建议首选：Um（系统最高运行电压）、5min的方法进行竣工交流耐压试验。
三、电缆终端制作的注意事项
电缆终端制作是电缆施工中技术含量较高的部分，需要持证技工操作。终端制作对环境、工艺、尺寸等要求较高，且出现故障往往要通过耐压测试才能检验，因此该工序是保证电缆质量的关键。
下面作者结合自己的工作经验，列举在电缆终端制作过程中需要注意的几个要点： （一）环境要求，湿度不宜过大，安装过程中最大湿度不能超过80%
水分和小杂质对电缆长期运行来说，是十分不利的，这样容易引起水树和局放的发生。故在接头施工前要注意将环境打扫干净，特别是在夏季施工时，接头人员应戴手套，应对环境进行去湿处理（升高环境温度或利用去湿机），在套入应力锥前应用吹风机吹干绝缘表面，以免环境湿度太高。只有这样才能保证电缆终端制作在适宜的环境中进行。
（二）电缆接头前应对电缆加热调直
电缆应加热调直有两个原因：一是消除电缆内因放缆时扭曲而产生的机械应力；二是消除电缆投运后因绝缘热收缩而导致的尺寸变化。所以电缆接头前必须对电缆加热调直。
（三）绝缘屏蔽末端处理
绝缘屏蔽末端处理是电缆接头工作中及其重要的一步，这一步骤的技术、工艺要求最高，不得有半点马虎。如工艺掌握不好容易绝缘屏蔽末端打磨出凹坑、出现台阶或出现半导电尖端，这些都是非常危险的。某220KV线路迁改电缆工程施工中，附件厂家在装配电缆中间接头时，发现电缆绝缘屏蔽末端有一小处半导电尖端，刚好落在中间接头位置，附件厂家要求将一侧电缆再向前牵引30CM，切除该处电缆缺陷。避免了不必要的意外发生。
（四）绝缘表面处理
现在主要的两类电缆附件是装配式电缆接头、预制式电缆接头。装配式电缆接头电缆接头对绝缘外径（外径误差在0.5毫米以内）、绝缘表面平整度要求较高（所用砂纸要求一般不低于600#）、对尺寸要求也比较严格（尺寸要求误差在1毫米以内）。如某110KV线路迁改电缆工程中，厂家施工员用玻璃处理主绝缘层，但因手法不纯熟，用力过猛，主绝缘层被削去约1.5mm厚度，该情况已对电缆绝缘层厚度造成破坏，该段电缆无法使用，需将缺陷段锯断，重新牵引、加温、重做。
相比较而言预制式电缆接头技术比较先进，对绝缘外径（EPDM型应力锥外径允许变化范围在4.5毫米以内，硅橡胶型应力锥外径允许变化范围在8-16毫米以内）、绝缘表面平整度要求不高（所用砂纸要求一般最高400#）、对尺寸要求也比较松（尺寸要求误差在15毫米以内）。
打磨完成后用不掉毛的清洁纸进行清洗，并用电吹风进行风干，也有一些厂家用高热电吹风对绝缘表面进行短时间加热以保证表面光滑。安装应力锥前用电吹风对应力锥和电缆绝缘表面进行去潮处理。
（五）导体连接
高压电缆导体连接一般采用压接，一般采用六角模围压，压痕重叠。
压接次序为先压中间最后压边。压模每压接一次，在压模合拢到位后（压力表指示700kg/mm2）应停留10-15S，使压接部位金属塑性变形达到基本稳定后，才能消除压力。压接前首先要将电缆调平，钳头模具高度位置合适，要考虑压接过程中模具的上升，保证压接后接管与电缆成一直线。各种液压管压接后对边距尺寸S的最大允许值为：S = 0.866×（0.993D） + 0.2mm D — 管外径mm 。
（六）应力锥尺寸定位
一般采用两端定位的方法：在套应力锥前，在电缆两头半导电层上适当位置等距离各做一标记，在应力锥套到最终位置时要求两端与两端标记距离大致相同。这种方法比较准确，误差小。
（七）接头密封
南方天气潮湿而多雨，考虑到塑料产品无法长期保证没有水分渗入，所以在中间接头定货时一般要求接头外有铜壳，铜壳与电缆金属护套间采用搪铅，铜壳外采用热缩管这样一种双层密封的结构。终端头下部一般也采用搪铅再加热缩管的方法。
四、结语
综上所述，各方面的不利因素都有可能对高压电力电缆的质量造成不良影响，故应从设计、生产、施工、维护等方面把好电缆的质量关。施工方应从电缆的敷设、电缆终端的制作、电缆的附件安装及电气连接都应该遵从有关规定，做好相应的记录，为电网的安全运行提供优质的施工成品。对保证施工质量和保障电网安全有深刻的意义。