10kV配网电缆接头故障分析及快速抢修策略

10kV配网电缆接头故障分析及快速抢修策略

洪锰

广东省深圳市光明区公明街道光明供电局518106

摘要：为了迎接经济快速发展给城市配网网带来的新挑战，在配电电网中占据重要角色的配电电缆的安全问题越发受到研究人员的关注。统计数据表明，电缆系统中故障率最高的位置为电缆连接处。当电缆连接处出现故障后，传统配电抢修方式需要在拖动或新增电缆的前提下恢复电缆的电气连接，所需时间较长，带来的停电损失显著。为了快速有效的实现配网电缆连接处抢修，本文提出了一种标准化、模块化组件构成的新型10kV插拔式电缆中间接头，针对不同电缆抢修场景在不拖动或新加电缆的前提下快速恢复电缆的电气连接，降低抢修施工难度，标准化抢修工艺，并能最大程度降低差异化施工对中间接头性能的影响进而保障电缆接头的高可靠性。

关键词：10kV配网；电缆接头；故障分析；抢修策略；柔性电缆

0、引言

随着经济社会发展质量的不断提升，用电负荷呈现快速增长的变化趋势，这给城市配电电网带来了新的挑战，配电电网的供电可靠性越发受到研究人员的关注。鉴于城市电能传送线路入地的规模化和数量化发展趋势，电力电缆在配电电网中占据重要角色，是决定配电电网供电可靠性的关键部件之一。因此，有必要研究电力电缆运行和维护过程中的安全性问题[1-2]。

根据供电部门统计，电缆输配电系统中事故率最高、突发故障最多的为电缆连接处故障。电缆连接一般采用电缆附件来实现，电缆附件制作周期较长、对电缆尺寸有严格要求，在电缆连接处出现故障时，一般需要先截掉事故受损电缆，然后拖动或者新加一条电缆，再使用电缆附件恢复连接[3]。在采用电缆附件恢复电缆连接的过程中，耗费的材料多、恢复时间长、资金消耗大，停电造成的损失更是不可估量。因此，传统的配电抢修方式已不能满足现代社会的发展需要，需要着力优化应急抢修方式，创新电力运行方式，提高电力人员应急抢修技能水平，维护配电系统降低故障率[4-5]。为了解决上述问题，本文提出了一种标准化、模块化组件构成的新型10kV插拔式电缆中间接头，针对不同电缆抢修场景在不拖动或新加电缆的前提下快速恢复电缆的电气连接，降低抢修施工难度，标准化抢修工艺，并能最大程度降低差异化施工对中间接头性能的影响进而保障电缆接头的高可靠性。

1、全生命周期下配网电缆线路故障分析

配网电力电缆的整个运行周期可分为：寿命初期（1~5年内）、寿命中期（5~25年内）和寿命末期（25年~退运）。在电力电缆寿命初期，电缆线路整体的故障发生率较低，此阶段中电缆线路故障的原因往往来源于电缆及附件本身的质量问题及安装过程带来的配合问题。在电力电缆寿命中期，电缆线路经过长时间的安全运行证明其处于稳定运行阶段，此阶段电缆线路整体故障率也较低，故障起源多为电缆及附件的绝缘劣化及绝缘受潮。在电力电缆寿命末期，历经长时间运行的电缆及附件绝缘老化累积已经比较明显，且寿命末期电缆及附件绝缘老化速度会加快，故此阶段电缆线路整体故障的发生率会显著提高，成为电缆线路故障高发期。

在电缆线路敷设时期，电缆附件通过人工安装的方式进行现场组装，考虑到施工人员的技术能力差异、安装现场环境条件差异，相比于电缆本体影响电缆附件的质量不可控因素较多，且电缆附件内部结构复杂，导致电缆线路整个运行周期中电缆附件的故障率远高于电缆本体。电缆附件包含用于连接两段电缆的电缆接头和用于连接电缆和架空线的电缆终端头两种。基于电缆台账数据可知，整条电缆线路中电缆接头的数量往往远多于电缆终端。相比于电缆本体，电缆接头内部结构复杂，接头内部存在压接管用于连接两段铜导体，存在应力锥或应力管用于均匀内部电缆分布防止局部放电的发生，存在铜网或者铜编织带用于连接两段电缆的接地系统，存在主绝缘件用于承受高电压。电缆接头复杂的复合结构大大增加了器件故障的发生率，这导致电缆接头往往成为电缆线路的绝缘薄弱点。电缆接头的可靠性关乎电缆线路全线的安全运行，从生产、安装、运行和维护各个环节管控电缆接头质量进而保证电缆线路的供电可靠性势在必行。综上所述，为提高电缆接头的可靠性，对电缆接头运行状态的检测评价及故障发生后的抢修策略具有重要研究意义，特别是对于处于寿命末期的电缆接头，需要重点关注其健康状态。

2、10kV配网电缆接头故障原因分析

针对电缆接头成为电缆线路故障高发区这一现象，分析其原因在于：电缆接头安装水平良莠不齐，行之有效的电缆接头质量管控手段不足。电缆线路敷设过程中电缆接头的现场安装多依托电缆附件制作单位完成，部分电缆接头安装承担单位技术人员专业水平受限，造成电缆接头的安装未严格执行相关安装标准。由于少数安装人员责任心的缺失，甚至可能出现在不合格环境条件、工艺要求的恶劣情况下实施电缆接头安装，进而为电缆接头高故障率的出现埋下隐患。

目前，电缆接头现场安装工程中可能引起质量问题的不合格工艺主要有：1）电缆本体绝缘及外屏蔽层的剥切工艺不合格导致绝缘或外屏蔽层表面存在刀痕，打磨工艺粗糙导致绝缘或外屏蔽层表面存在毛刺或杂质，这些不良工艺可能会引起电缆接头内部存在电场畸变现象进而造成击穿事故；2）电缆接头应力锥的制作质量或安装定位不满足标准要求，导致其未起到有效的均匀电缆接头内部电场效果，严重情况下可能直接导致应力锥的电场控制作用失效；3）电缆接头内部铜网安装工艺不达标导致抱挎下铜网存在接触不良现象，铜网产品质量较差导致过细的铜丝在一定接地电流作用下发生熔断现象，这些铜网相关工艺问题都有可能导致电缆接头两端的接地系统间的电气连接失效；4）电缆接头在潮湿的环境条件下实施安装过程导致潮气进入电缆接头内部，水分一方面可能会腐蚀接头内部的铜网造成电气连接的失效，一方面可能在界面凝结形成水珠或水膜畸变电缆接头内部电场。

3、10kV配网电缆接头快速抢修策略

当作为电缆线路绝缘薄弱点的电缆接头发生故障后，快速恢复供电是保障电网供电可靠性、提高居民用电满意度和减少经济损失的必要措施，因此有必要提出一种可靠的10kV配网电缆接头快速抢修策略。

对于插拔式电缆中间接头，仅有我国自研的10kV插拔式电缆中间接头经历了可行性分析、试制、测试、型式试验、量产和应用，其电气性能能够满足GB12706.4-2020和IEC 60502-4对电缆附件的性能要求。对于电缆抢修标准化方面的研究国内外暂时没有相关产品，为弥补这一块研究空白，本文提出一种新型的10kV插拔式电缆中间接头，结构如图1所示。其采用创新型的锥形结构配合，在工厂模制标准化组件，安装简便，无需绕包、动火、收缩、浇铸、熔接，对安装人员专业度要求低，可最大程度降低差异化施工对中间接头性能的影响。为了应对现场不同的电缆接头故障抢修情况，新型10kV插拔式电缆中间接头的连接部分采用柔性电缆，在工厂内一次性预制成型，柔性电缆的长度可根据故障情况不同进行定制，进而降低抢修施工难度，标准化抢修工艺，使电缆故障抢修在时间和成本上可控。

图1 新型10kV插拔式电缆中间接头结构示意图

图2 新型10kV插拔式电缆中间接头实物图

图2展示了新型10kV插拔式电缆中间接头的实物图。由图2可知，新型10kV插拔式电缆中间接头每一相连接处均采用航空铝合金外壳，具有一定程度的防爆性能。这种单相防爆设计可以避免事故蔓延引起相间短路，有效降低事故的损失。同时，新型10kV插拔式电缆中间接头防水性能相对于传统冷热缩的中间连接头有较大程度的提升，能有效阻断水汽沿电缆线芯蔓延，并防止外部水汽浸入电缆接头内部。

新型10kV插拔式电缆中间接头的适用情况如表1所示。新型10kV插拔式电缆中间接头标准化、模块化的组件导致其便于控制产品质量，可以在出厂前进行性能测试，避免了热缩式接头、绕包式接头、模塑式接头产品质量受安装人员的专业技能影响较大的情况，对于安装人员的专业程度要求较低，降低了对安装环节的要求，可以有效降低安装成本。另外，新型10kV插拔式电缆中间接头采用了内锥式逐级锁紧的结构，界面压力大，防水性能强，较适用于电缆运行环境恶劣的场合。通过对电缆抢修场景的分析，制定出不同标准长度的新型10kV插拔式电缆中间接头产品，可以迅速对故障点电缆进行抢修更换，解决电缆故障造成电缆长度不够，环境恶劣等不同因素造成的衍生成本，保障抢修成本可控，时间成本可控，使得整个电缆线路运行维护能够更加高效便捷。

表1 新型10kV插拔式电缆中间接头适用情况

4、结论

本文分析了配网电缆线路全生命周期不同阶段下的故障发生率，指出了全生命周期中电缆连接处往往成为电缆线路绝缘薄弱点这一现象，并讨论了电缆连接处故障高发的可能原因。对于故障发生后的电缆连接处，提出了一种采用新型10kV插拔式电缆中间接头的10kV配网电缆连接处快速抢修策略，降低抢修施工难度，标准化抢修工艺使电缆故障抢修在时间和成本上可控，进而保证电网的供电可靠性。本文提出的新型10kV插拔式电缆中间接头优点良多：1）采用标准化和模块化组件，便于控制产品质量且安装方便，对安装人员专业度要求低，可最大程度降低差异化施工对中间接头性能的影响；2）每一相连接处均采用航空铝合金外壳的单相防爆设计，可以有效降低事故蔓延引起相间短路的可能性；3）采用内锥式逐级锁紧的结构，界面压力大，防水性能强，较适用于运行环境恶劣的场合；4）连接部分采用在工厂内一次性预制成型的柔性电缆，不同标准长度的定制使其可适用于不同的电缆连接处故障抢修现场，避免电缆故障造成电缆长度不够而带来的衍生成本。

参考文献

[1] 魏华勇, 刘金超, 张升学. 10kV电缆中间接头单相接地故障抢修中绕包技术应用试验研究[J]. 河南电力, 2010(1):3.

[2] 胡莹莹, 李文芳, 谷彦春,等. 如何有效提升10kV配电网故障抢修恢复率[J]. 工业B, 2015(5):00186-00186.

[3] 丁浩. 基于自动化设备的10kV配电网故障抢修应用[J]. 建筑工程技术与设计, 2017.

[4] 庄元辉. 10kV配电网故障抢修效率的优化方式分析[J]. 大科技, 2017(30).

[5] 朱丽. 关于提升10kV配电网故障抢修恢复率的探讨[J]. 科技创业家, 2014(7):1.