铁路高压电力电缆中间头故障的原因分析及解决方案

2015-04-05陈云峰上海铁路局杭州供电段

上海铁道增刊 2015年2期

陈云峰上海铁路局杭州供电段

陈云峰上海铁路局杭州供电段

通过解剖分析杭州供电段管内近几年发生故障的高压电力电缆中间头，找出在电缆中间头附件材质、制作工艺、制作环境和运行环境等4个方面存在的问题，制定了合理选用电缆附件材质、加强业务培训、建立全过程监督机制和建立健全电缆管理台账等解决方案，并经过1年的实践证明，可以有效地降低高压电力电缆中间头的故障率，减少高压电力电缆应急抢修成本的支出，保障铁路供电安全。

电力电缆；电缆中间头；冷缩；热缩；故障；解决方案

1 引言

目前，随着我国铁路的快速发展和国民经济水平提高，在铁路供电系统中采用了大量的高压电力电缆通过直埋、穿管或沟槽的方式取代架空线路的使用，在一定程度上提高了铁路供电系统的供电可靠性。但因受高压电力电缆中间头附件材质、制作工艺、制作环境、运行环境等因素的影响，高压电力电缆中间头故障时有发生，给铁路供电系统的供电安全带来了较大的影响。因此，有必要对引起铁路高压电力电缆中间头故障的原因进行深入分析，研究制定针对性的解决方案，降低其故障率，保障铁路供电安全，减少因高压电力电缆故障发生的应急抢修成本支出，减少对铁路交通运输安全的影响。

2 原因分析

高压电力电缆中间头是将两根高压电力电缆连接起来的部件，其设计原理遵循恢复电力电缆本体结构为原则。满足其电气、物理及化学性能，以确保与电力电缆本体一样能长期安全运行和相同的使用寿命。目前，铁路普遍使用交联聚乙烯高压电力电缆，其采用的中间头附件基本可以分为热缩式和冷缩式两种。在对杭州供电段管内曾经发生故障的2011年32起、2012年27起和2013年25起高压电力电缆中间头解剖分析后发现，引起高压电力电缆中间头故障的主要原因可以归纳为电缆中间头附件材质、制作工艺、制作环境和运行环境4个方面。

2.1 附件材质

由于大部分的电缆中间头都是安装在户外直埋、穿管或沟槽等环境里,因此防水及防潮气就成为确保电缆中间头安全运行的关键之一,也就要考虑其密封性能。目前密封的方法通常有两种：一种是使用高弹性的密封胶预制，即冷缩附件；一种是利用密封胶、聚乙烯、EVA等材料进行现场收缩，即热缩附件。

冷缩附件利用液体硅橡胶本身的弹性在工厂预先扩张好放入塑料及支撑条。到现场套到指定位置,抽掉支撑条使其自然收缩，理论上这种冷缩附件具有良好的“弹性“,可以避免由于大气环境、电缆运行中负载高低产生的电缆热胀冷缩而造成的击穿事故。但在实际运行中，因冷缩附件材质较差或长时间处于扩张状态的原因，导致其弹性较差，达不到电缆附件的密封要求，其防水、放潮气的功能弱化，从而发生电缆中间头爬电击穿故障。

热缩附件本身不具有弹性，其收缩温度为100℃～140℃，只有在安装时，温度才可以满足它的收缩条件。热缩附件在内部防水、防潮气方面具有较大的优势，主要体现在：线芯处采用半导体带、一般填充胶、绝缘胶带缠绕，两端主绝缘体180 mm左右，可在一定程度上防止线芯内部出水；剥出的半导体层与铜屏蔽之间缠包了一层密封胶，剥出的半导体层与主绝缘间绕包一层应力疏散胶，可在一定程度上防止铜屏蔽层与半导体层间的水汽渗入。但是，热缩附件在外部防水方面具有一定的缺陷，主要体现在：当温度变化较大时,因电缆本体的热膨胀系数与热缩附件的膨胀系数不同,有可能产生脱层,出现裂缝，其防水、放潮气的功能弱化，从而发生电缆中间头爬电击穿故障。

2.2 制作工艺

高压电缆中间头制作工艺较差会造成电缆的绝缘薄弱点，在实际运行中，一旦发生电压波动，这些薄弱点就会发生击穿烧毁现象。通过对电缆头制作过程及故障电缆头的解剖分析，在尺寸定位、半导体层处理、铜屏蔽处理和接地线安装等方面存在工艺不过关的现象。

2.2.1 尺寸定位方面不过关的现象主要有

（1）不管什么样的附件都按照以往经验进行切割制作安装，造成与附件的要求尺寸不符。

（2）不使用精确的测量尺进行测量，如使用扳手、钳子、刀具等器物代替测量尺。

（3）看图不细致全面，断章取义。

2.2.2 半导体层处理方面不过关的现象主要有

（1）切割力度过大，刀口过深，伤及主绝缘层。

（2）在加热后再用刀切割半导层，造成半导层的材质嵌入主绝缘层中。

（3）采用非专用砂纸打磨或打磨不干净。

（4）清洗过程重复污染。

2.2.3 铜屏蔽处理方面不过关的现象主要有

（1）切除内护套时，下刀力度过大造成铜屏蔽层的损伤。

（2）不平整或有毛刺的地方，未进行钝化处理。

2.2.4 接地线安装方面不过关的现象主要有

（1）钢铠的尖端不做钝化处理。

（2）去除钢铠时，伤及电缆内护层、铜屏蔽甚至主绝缘。

（3）未使用专用材质固定铜编织带。

2.3 制作环境

在铁路高压电力电缆发生故障后，需立即制作电缆中间头，及时恢复供电，减少对铁路运输秩序的影响。而大部分的高压电力电缆故障发生在阴雨天，导致在电缆中间头的制作过程中，很难满足“高压电缆中间头制作时，空气相对湿度宜为70%以下，且严禁在雾和雨雪气候条件下，室外制作高压电缆中间头”的规范要求，给电缆中间头的运行埋下了一定的安全隐患。

2.4 运行环境的影响

高压电缆中间头制作完成后，其后期的运行环境对其安全运行也有较大的影响，主要体现在：

（1）制作完成的电缆中间头静置时间不足。特别是故障抢修制作的电缆中间头，为及时恢复铁路供电，一般达不到规范要求的静置时间。

（2）不规范的移动或摆放，用力弯折电缆头，造成电缆中间头始终处于受力状态。

（3）缺少相应的保护措施。高压电缆中间头采用直埋的方式，未采用电缆井或直接摆放在电缆井底的积水中，使其外部处于潮湿或水中的运行状态，给其防水、防潮性能带来极大的考验，具有较大的安全隐患。

（4）铜铝不同材质连接时，未使用铜铝过渡。

（5）无功补偿不科学，产生电压谐振，使其承受很高的谐振电压，从而导致其击穿。

（6）避雷器质量不高或其接地电阻较大，雷击时使其承受极高的雷电压，从而导致其击穿。

3 解决方案

针对上述引起高压电力电缆中间头故障的原因，可以从合理选用电缆附件材质、加强业务培训、建立全过程监督机制、建立健全电缆管理台账等方面来制定解决方案。

3.1 合理选用电缆附件材质

（1）室内或新建户外高压电缆中间头宜选用具有良好“弹性”的冷缩附件。

（2）负载电流较小、温度变化较小时，可选用具有良好信誉的热缩附件。

（3）已进水或已受潮气浸入的电缆，首选热缩附件。

（4）空气相对湿度或气候条件不满足要求时，一般不制作高压电缆中间头，特殊情况下，须采取一定的防雨、加热等措施后，采用热缩附件制作户外中间头，采用冷缩附件制作户内中间头。

（5）在地形环境许可的情况下，安装电缆接头箱可以有效的减少电缆中间头，提高供电电缆的运行可靠性。

（6）对于重要高压电力电缆，如变配电所电源进线电力电缆，在经济条件许可的情况下，可以采用MMJ熔接技术，恢复高压电力电缆的本体绝缘，取消电缆中间头，可以有效的提高供电电缆的运行可靠性。

3.2 加强业务培训

（1）加强对高压电缆中间头制作过程中每道工序的步骤及内涵的理论培训。

（2）组织开展岗位练兵、应急演练及实作竞赛，提高其实际制作能力。

3.3 建立全过程监督机制

（1）高压电缆存放或敷设时，电缆两端必须采取有效的封堵措施，防止水或潮气侵入，降低高压电缆的整体绝缘性能。

（2）自剥切电缆开始应连续进行电缆头的制作，缩短绝缘暴露时间以防受潮和尘埃侵入。

（3）按工艺要求对电缆头制作过程中的每道工序进行监督，确保制作工艺满足规范要求。

（4）制作完成后，电缆头须按规范要求进行静置后才能移动，在移动、摆放过程中不得弯、折电缆头，且电缆中间头采用电缆井架空的方式进行防护。

3.4 建立健全电缆管理台账

（1）建立高压电缆型号、敷设方式和电缆中间头附件材质、制作时间、制作人员、分布位置的管理台账，有利于提高高压电缆故障查找定位的准确率，有利于及时携带合适的电缆附件，及时制作电缆中间头，缩短应急抢修时间。

（2）建立与电缆相关的避雷器及接地电阻的台账，掌握其运行状态，可以防止或减少雷击过电压击穿电缆。

（3）建立长电缆线路的供电负载动态变化记录台账，及时调整无功补偿容量，杜绝或减少谐振电压对高压电力电缆的损害。

4 试用效果

2014年，杭州供电段采用上述解决方案，举办了2期高压电力电缆中间头制作培训班，对段管内53名电缆制作人员进行了理论和实作培训；组织开展了3期电缆中间头制作竞赛；对各高压电力电缆进行了一次全面的检修与测试，建立健全了各高压电力电缆的动态管理台账；同时在新建或改造工程中使用国内外知名品牌的电缆中间头冷缩附件89套，在应急抢修中的使用国内外知名品牌的电缆中间头热缩附件56套，严格按照工艺要求进行制作与防护，目前，这些新投入使用的电缆中间头运行情况良好，未发生故障。