高原地区35KV电缆头放电原因分析与处理

高原地区35KV电缆头放电原因分析与处理

刘清峰张晓煜边洪波王跃张本明

金钢矿业公司地处3700米的高海拔地区，昼夜温差较大，恶劣的环境对设备的安装工艺要求更细、更精。本文对选矿厂投产运行以来多次发生的35KV、10KV电力电缆终端着火、爆炸故障进行分析，制定防范措施，保障供电安全。

一、故障情况

选矿厂共有35KV电缆终端24个，10KV电缆终端67个，所有高压动力电缆均采用绝缘增强的YJV22型的交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆，电缆头采用伸缩性更好的冷缩电缆终端技术。但自2013年9月25日供电生产以来，已发生十多起电缆终端着火、爆炸等异常因素而造成全厂的电力停电事故，不仅严重阻滞了公司的顺利生产，而且对人身安全也构成了严重威胁。

二、原因分析

与电缆本体相比，电缆终端是薄弱环节，约占电缆线路故障的95%。由于电缆终端在选取、制作、接线都有严格地国家标准要求，任一环节出现疏忽，都会造成电缆终端故障发生。通过对电缆终端故障进行深层次的分析，找出了以下几个主要原因：

1、未充分考虑应用环境

海拔超过1000m的地区称为高海拔地区，每增高100m，气压约降低0.8~1kPa，气压降低容易使空气电离而降低介电强度，同时冷却效能下降，导致电气温度升高。另外，由于日夜温差过大，易产生凝露，

使电气材料变硬、变脆，绝缘降低。因而，高原地区的设备选型有其特殊的要求，需要校验其电气参数或选用高原型的电气设备产品。金钢矿业公司地处海拔3700米的高原，依据电气标准，电缆终端长度应增加3%

。

2、制作工艺不规范

电缆终端的制作工艺过程存在多个导体连接环节，若制作不规范，会连接点接触电阻过大，温升加快，使电缆头的绝缘层破坏，形成相间短路、对地击穿放电，引发电缆终端着火或爆炸。通过查询线路继电保护故障时的运行参数发现，电缆运行时并无过载现象，也无接地现象。从故障电缆头可以看出，电缆头击穿故障多发生在电场畸变最严重的铜屏蔽层断口和半导体层断口。在电缆制作工艺方面可能造成电缆终端绝缘击穿的原因有以下几点：

（1）剥切主绝缘层时，划伤铜屏蔽层，造成断口处电场强度增强，容易放电。

2）剥切铜屏蔽时，用力不当，划伤半导体层，容易存在气隙。

3）剥切电缆半导体层时，用力不当，使主绝缘层表面有伤痕，容易存在气隙。

4）铜屏蔽断开处和半导体层断开处有尖角毛刺未处理平整。

5）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，或清擦时没有遵循工艺要求，来回擦洗，或主绝缘及铜屏蔽断口处未用硅脂填充，留下隐患，产生闪络放电。

6）安装附件时应力管与绝缘屏蔽搭接少于20mm，交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩，容易产生气隙。

上述操作均会在各部位产生气隙、杂质或是尖角毛刺。对于交联聚乙烯绝缘电缆来说，它耐局部放电性能差，受杂质和气隙及水份的影响很大，在这些缺陷处易产生局部电场集中，发生局部放电。另外，由于运行中的弯曲变形、冷热作用，金属屏蔽层与绝缘层之间就更易产生气隙，气隙的局部放电，虽然不会立即导致整个介质的击穿，但是绝缘内部空隙处逐步形成电树枝，并向纵深发展，绝缘加速老化直至发生绝缘电击穿或热击穿；同时金属屏蔽断口处如果有尖角毛刺，此处就会存在集中的高场强，引发绝缘介质的树枝状裂纹，出现树枝状放电。

交联电缆绝缘对绝缘微孔杂质及半导体屏蔽微孔及突起尺寸的要求非常高。实际上，交联电缆的质量水平特别是其长期性能，本质上是由绝缘材料、绝缘内微孔杂质和半导体屏蔽微孔及突起的尺寸决定的，因此，划伤主绝缘或半导体层都会人为地扩大绝缘内微孔杂质和半导体屏蔽微孔杂质的尺寸，使得击穿电压下降。可见，在电缆终端头制作时，要严格执行电缆头制作工艺标准，并在电缆刀剥切过程中对力度的把握尤为重要。

3、电缆护层接地方式不正确

（1）电缆金属护层一端三相互连接地，另一端不接地。35KV大截面电力电缆均为单芯电缆，当雷电波或内部过电压沿电缆线芯流动时，电缆护层不接地端会出现较高的冲击过电压，或当系统短路时，事故电流经过电缆线芯时，其护层不接地端会出现很高的工频感应过电压。上述电压可能击穿电缆外护层绝缘，造成电缆金属护层多点接地故障。

（2）电缆金属护层两端均接地。当电压超过35KV时,电缆多采用单芯电缆,单芯电缆与金属屏蔽关系可看作变压器的初级电阻，当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽，使它的两端出现感应电压,其大小与电缆长度和流过导体的电流成正比,电缆很长时,护层上的感应电压叠加起来可达到危及人身的程度,在线路发生短路故障时、遭受操作过电压或雷击时，屏蔽层会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护层绝缘，此时，如果仍将金属屏蔽层两端互联接地，会出现很大的环流，其值可达到线芯电流的50%至95%，形成损耗，使金属屏蔽层发热，这不仅浪费了大量的电能，而且降低了电缆的载流量，并加速了电缆绝缘老化，因此，单芯电缆不应两端接地。

三、防范措施

为有效遏制终端电缆头事故的发生，提高电缆头的运行质量，必须加强以下几个重点环节的管控和监督。

1、彻底更换电缆终端

采用高原专用电缆终端替换原普通终端头。

2、严把工艺制作关

（1）严格控制电缆内切尺寸，没剥除一层不可上级内层结构。

（2）剥切铜屏蔽层时应用细扎丝或扎带扎好，使断口处不产生尖角毛刺。

（3）半导体层断面光滑平整，与绝缘层的过渡应光滑。

（4）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，无半导体残点。清洗绝缘层必须用清洗溶剂从线芯向向半导体层方向，严禁用接触过半导体屏蔽层的清洗纸清洗主绝缘层表面。

（5）打磨和清洗主绝缘时，清洗剂和砂纸不得碰到外半导体层，以免清洗剂溶解半导体层、砂纸打磨遗留杂质清楚不干净导致放电。

（6）用硅脂填充电缆绝缘半导体层断口处的气隙以排除气体。

（7）附件的尺寸与待安装电缆尺寸配合要严格符合规定要求，适当的过盈量，特别是应力管与绝缘屏蔽搭接不少于20mm，以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离。

（8）在制作电缆终端时，要特别保持清洁，同时尽量缩短制作时间，电缆剥切后，在空气中暴露时间越长，侵入杂质、水分、气体、灰尘的可能性就越大，从而影响终端头质量。

3、安装电缆护层保护器

为限制电力电缆金属护层上的感应电压和故障电压，并避免在护层中形成环流，电缆护层一端直接接地，另一端通过保护器接地。四、结论

虽然，采取了多项有效措，电缆终端也未再发生爆炸故障，但金钢矿业地处高原环境，环境恶劣，高压电缆头停电故障的风险依然存在。为此，只有准确、全面、系统掌握和落实高压电缆头可靠运行的每一个充要条件和保障措施，才能从根本上减少杜绝高压电缆头故障，

逐步实现供电安、节能、环保的效益最大化。

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