一起10KV电缆中间头故障的原因分析

2015-11-23

  冷缩电缆头,现场施工简单方便,其冷缩管具有弹性,只要抽出内芯尼龙支撑条,可紧紧贴服在电缆上,不需要使用加热工具,克服了热缩材料在电缆运行时,因热胀冷缩而产生的热缩材料与电缆本体之间的间隙。并且电缆冷缩中间头还有适应多种线径、绝缘性能好、无需专用等特点,现已在朔黄铁路公司广泛应用。但由于施工工艺等方面问题,致使在运行过程中冷缩电缆中间头多次被击穿。因而对该起故障很有必要进行认真分析,查找原因,从中吸取教训,采取措施,提高施工质量,确保电缆线路的安全运行。

 

事件

      2013年4月7日,行别营变配电所311DL(自闭一)过流Ⅰ段动作(供电方向:10KV自闭线路行别营-肃宁北间)重合失败,肃宁北变配电所备投失败,故障一次电压为:UA=6216.4V,UB=8655.3V,UC=1395.9V,故障一次电流为:IA=48.68A,IB=5.21A,IC=43.49A。经查原因为电缆故障,本段电缆路径为靖宁街开闭所-肃宁北自闭线001#杆,电缆长度越1700米,同时本段电缆由两段电缆对接而成。其中西侧一段为2003年建设,电缆型号为YJLV22-10-3X50 ,长度约1200米;东侧一段为2010年10月建设,电缆型号为YJLV22-10-3X70,长度约500米。投运时试验正常。对电缆三相线路进行绝缘电阻测试,发现C相对地绝缘电阻值为1200千欧。通过中间头开挖后电缆故障测试,发现中间头处故障。 

 

电缆中间头原因分析 

  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,

  在做电缆头时,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。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YJLV22-10-3X50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YJLV22-10-3X50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: 

(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。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。 

 

对策

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。 

 

 

 


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