電纜終端爆炸事故引發(fā)的深度思考
1事故經(jīng)過概述
2012年，某公司開閉所巡檢人員聽到異常聲響，檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)電纜終端頭爆炸、著火。
采用的是交聯(lián)聚乙烯絕緣10kV電力電纜（簡(jiǎn)稱交聯(lián)電纜）、以及全封閉式高壓開關(guān)柜，供電系統(tǒng)接線圖如圖1所示。
（1）正常運(yùn)行時(shí)，220kV系統(tǒng)200開關(guān)合位，10kV母線分段運(yùn)行，500、800開關(guān)分位。
（2）故障時(shí)，變電站10kV II段554開關(guān)過流II段保護(hù)動(dòng)作，約300ms后跳閘，502開關(guān)過流保護(hù)II段動(dòng)作，約1200ms后跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)802開關(guān)柜內(nèi)電纜終端頭爆炸、著火，現(xiàn)場(chǎng)配電室內(nèi)有嗆鼻的煙霧。滅火后，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)電纜終端頭有放電燒黑痕跡，熱電開閉所10kV II段全部電機(jī)低電壓保護(hù)跳閘。
2原因分析
1.制作工藝不良
（1）絕緣層發(fā)生“樹枝”現(xiàn)象
交聯(lián)電纜的性能受制作工藝過程影響很大，電纜絕緣層內(nèi)部存在氣隙、雜質(zhì)及電纜內(nèi)外半導(dǎo)電層界面，會(huì)在運(yùn)行時(shí)形成處于高場(chǎng)強(qiáng)的不連續(xù)材料界面，并沿電力線方向發(fā)生樹枝狀裂紋，即所謂的“電樹枝”。從“電樹枝”現(xiàn)象出現(xiàn)到絕緣層全部被擊穿，時(shí)間很短，且通常都會(huì)伴隨局部放電現(xiàn)象。
（2）電場(chǎng)應(yīng)力局部集中
高壓電纜每一相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導(dǎo)電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場(chǎng)。電纜正常運(yùn)行時(shí)，只有從（銅）導(dǎo)線沿半徑向（銅）屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場(chǎng)（電力線），電場(chǎng)分布是均勻的，如圖2所示。
制作電纜終端頭時(shí)，因需要?jiǎng)兊粢恍《纹帘螌樱员ＷC高壓對(duì)地的爬電距離，所以導(dǎo)致原有的電場(chǎng)分布發(fā)生改變，產(chǎn)生了沿導(dǎo)線軸向的電力線，并在電纜終端頭處向屏蔽層斷口處集中，使電纜終端頭極易被擊穿，如圖3所示。用介電常數(shù)為20~30，體積電阻率為10……8~1012Ω·cm材制作的電應(yīng)力控制管（簡(jiǎn)稱應(yīng)力管），套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場(chǎng)應(yīng)力（電力線），保證電纜可靠運(yùn)行。應(yīng)力管時(shí)的電力線分布如圖4所示，有應(yīng)力管時(shí)電力線分布是均勻的。
圖3 沒有應(yīng)力管時(shí)的電力線分布
圖4 有應(yīng)力管時(shí)的電力線分布
2.電纜終端頭附件質(zhì)量不良
電纜終端頭絕緣材料及其附件防潮包裝及密封有破損，存放處潮濕使絕緣材料受潮，導(dǎo)致絕緣性能降低，并迅速老化。所以選擇優(yōu)質(zhì)的電力電纜附件也是尤為重要的
3.開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境不良
室外灰塵大，密封不良，灰塵容易進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)并附著在電纜終端頭絕緣上。開關(guān)柜數(shù)量較多，發(fā)熱量較大，室內(nèi)溫度較高，加快電纜終端頭絕緣老化。
4.運(yùn)行維護(hù)不到位
（1）運(yùn)行溫度檢測(cè)不準(zhǔn)確
交聯(lián)電纜終端頭，具有較大的載流量和較高的運(yùn)行溫度，其在完全封閉的高壓開關(guān)柜內(nèi)電纜小室內(nèi)，難以測(cè)量準(zhǔn)確溫度，不利于電纜終端頭運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、判斷和運(yùn)行維護(hù)。
（2）電纜絕緣試驗(yàn)未按期進(jìn)行
《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求對(duì)于重要電纜的絕緣試驗(yàn)為1次/年，該電纜所在開關(guān)柜平時(shí)運(yùn)行不停電，絕緣試驗(yàn)為2年/次。
（3）電纜終端頭試驗(yàn)存在問題
交聯(lián)電纜的絕緣是由添加交聯(lián)劑的熱塑性聚乙烯擠包，經(jīng)過化學(xué)或物理方法交聯(lián)而成的。本次事故電纜采用的試驗(yàn)方法是直流耐壓試驗(yàn)，因直流耐壓試驗(yàn)電壓取值高，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，直流電場(chǎng)促成絕緣介質(zhì)“電樹枝”，嚴(yán)重?fù)p傷電纜絕緣，縮短電纜使用壽命。
而交流耐壓試驗(yàn)輸出的正弦電壓波形接近電纜的運(yùn)行工況，試驗(yàn)電壓值低于直流耐壓試驗(yàn)值，且在測(cè)試中不會(huì)使有害的空間電荷注入，同時(shí)可以無損傷的探測(cè)到電纜、電纜接頭及施工工藝的缺陷，改善絕緣介質(zhì)中的放電狀況，保證電纜的正常使用壽命。
但無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)制作過程中產(chǎn)生的微小氣隙及安裝中的微小絕緣擠壓受損切線，絕緣老化趨勢(shì)等危害運(yùn)行的因素，無法為采取有效的維護(hù)措施提歐共相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。
直流耐壓試驗(yàn)裝置
交流耐壓試驗(yàn)裝置
3防范措施
1.嚴(yán)格規(guī)范制作工藝
3.1 預(yù)防“樹枝”現(xiàn)象
（1）提高電纜生產(chǎn)工藝，采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和檢測(cè)設(shè)備，減少和控制制造過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)等可以引發(fā)“樹枝”詳細(xì)的因素。
（2）提高電纜終端頭的制作工藝。避免在空氣潮濕的環(huán)境作業(yè)，作業(yè)時(shí)的空氣相對(duì)濕度應(yīng)在70%以下，試驗(yàn)完成后，應(yīng)將電纜終端頭密封。
3.2 預(yù)防電場(chǎng)應(yīng)力局部集中
應(yīng)力管與屏蔽層搭接應(yīng)不小于20mm，以防收縮時(shí)應(yīng)力管與屏蔽層脫離，產(chǎn)生局部集中的電場(chǎng)應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力管與屏蔽層脫離處電纜絕緣被擊穿。
2.把好材質(zhì)關(guān)
（1）選用性能優(yōu)良的電纜終端頭及其附件，降低制造工藝中的風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)安裝施工過程管理，采用合理的安裝方案
（2）制作電纜終端頭時(shí)，應(yīng)保持附件和絕緣材料干凈，電纜終端頭安裝完成后，應(yīng)滿足導(dǎo)體連接良好、絕緣可靠、密封良好。
（3）絕緣材料的防潮包裝及密封應(yīng)良好，存放處不得有積水，存放絕緣部件、絕緣材料等有機(jī)材料的室內(nèi)溫度應(yīng)不超過35℃。
3.改善運(yùn)行環(huán)境
配電室進(jìn)行密封處理，灰塵阻止在門外，并安裝空調(diào)，降低室內(nèi)溫度，電纜室應(yīng)加裝加熱器，以防止發(fā)生凝露與腐蝕現(xiàn)象。
4.加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)
3.3.1 加裝適宜的觀察孔
開關(guān)柜電纜室門上設(shè)置觀察用的窗口，并用適宜的透明材料密封，以便運(yùn)行人員使用紅外測(cè)溫儀能準(zhǔn)確測(cè)到電纜終端頭的運(yùn)行溫度。
3.3.采用溫度在線檢測(cè)技術(shù)
（1）手持式紅外測(cè)溫儀
定期測(cè)量電纜終端頭的溫度，通過非接觸式、實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)。此方法操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，但對(duì)于全封閉式開關(guān)柜內(nèi)的電纜終端頭，無法檢測(cè)到其真實(shí)的運(yùn)行溫度。
（2）智能式電纜終端頭故障在線監(jiān)測(cè)儀
采用溫度傳感器緊貼電纜終端頭頸部安裝，并與高壓端保持可靠的絕緣隔離，通過光纖將傳感器的信號(hào)發(fā)送至幾十米外的及終測(cè)控裝置，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警。其優(yōu)點(diǎn)是：阻燃、防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、有較高的絕緣性能；運(yùn)行人員在后臺(tái)監(jiān)控站可記錄到電纜終端頭的溫度，溫度升高超過設(shè)定值報(bào)警，避免了突發(fā)爆炸對(duì)巡視人員的人身威脅。
（3）采用局部放電在線監(jiān)測(cè)儀
制作電纜終端頭時(shí)，事先將局部放電傳感器集成在電纜附件殼體上，采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此方法采用了數(shù)字濾波技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助圖像識(shí)別技術(shù)，但抗干擾性能有待逐步提高，以提高裝置的測(cè)試靈敏度。
（4）定期試驗(yàn)
按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求，加強(qiáng)對(duì)電力電纜的絕緣監(jiān)督。
對(duì)于上述涉及到的封閉式開關(guān)柜交聯(lián)電纜終端頭，應(yīng)按試驗(yàn)規(guī)程定期試驗(yàn)，運(yùn)行時(shí)采用局部放電在線監(jiān)測(cè)儀或智能式電纜頭故障在線監(jiān)測(cè)儀為主，紅外測(cè)溫儀為輔的方法，監(jiān)測(cè)常規(guī)試驗(yàn)無法發(fā)現(xiàn)的微小缺陷，并在釀成事故之前進(jìn)行處理。
3.改善運(yùn)行環(huán)境
電纜防火采用的材料和產(chǎn)品需經(jīng)過嚴(yán)格試驗(yàn)考核和實(shí)踐檢驗(yàn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多更好的防火材料和先進(jìn)的防火技術(shù)涌現(xiàn)，減少電纜火災(zāi)事故，減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失，為電纜的防火、滅火工作提供強(qiáng)有力的保證。
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