电缆终端爆炸事故引发的深度思考

1事故经过概述

2012年，某公司开闭所巡检人员听到异常声响，检查发现开关柜内电缆终端头爆炸、着火。

采用的是交联聚乙烯绝缘10kV电力电缆（简称交联电缆）、以及全封闭式高压开关柜，供电系统接线图如图1所示。

（1）正常运行时，220kV系统200开关合位，10kV母线分段运行，500、800开关分位。

（2）故障时，变电站10kV II段554开关过流II段保护动作，约300ms后跳闸，502开关过流保护II段动作，约1200ms后跳闸。检查发现802开关柜内电缆终端头爆炸、着火，现场配电室内有呛鼻的烟雾。灭火后，发现开关柜内电缆终端头有放电烧黑痕迹，热电开闭所10kV II段全部电机低电压保护跳闸。

2原因分析

1.制作工艺不良

（1）绝缘层发生“树枝”现象

    交联电缆的性能受制作工艺过程影响很大，电缆绝缘层内部存在气隙、杂质及电缆内外半导电层界面，会在运行时形成处于高场强的不连续材料界面，并沿电力线方向发生树枝状裂纹，即所谓的“电树枝”。从“电树枝”现象出现到绝缘层全部被击穿，时间很短，且通常都会伴随局部放电现象。

（2）电场应力局部集中

    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。电缆正常运行时，只有从（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的，如图2所示。

制作电缆终端头时，因需要剥掉一小段屏蔽层，以保证高压对地的爬电距离，所以导致原有的电场分布发生改变，产生了沿导线轴向的电力线，并在电缆终端头处向屏蔽层断口处集中，使电缆终端头极易被击穿，如图3所示。用介电常数为20~30，体积电阻率为10……8~1012Ω·cm材制作的电应力控制管（简称应力管），套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力（电力线），保证电缆可靠运行。应力管时的电力线分布如图4所示，有应力管时电力线分布是均匀的。

图3 没有应力管时的电力线分布

图4 有应力管时的电力线分布

 2.电缆终端头附件质量不良

电缆终端头绝缘材料及其附件防潮包装及密封有破损，存放处潮湿使绝缘材料受潮，导致绝缘性能降低，并迅速老化。所以选择优质的电力电缆附件也是尤为重要的

3.开关柜运行环境不良

室外灰尘大，密封不良，灰尘容易进入开关柜内并附着在电缆终端头绝缘上。开关柜数量较多，发热量较大，室内温度较高，加快电缆终端头绝缘老化。

4.运行维护不到位

（1）运行温度检测不准确

交联电缆终端头，具有较大的载流量和较高的运行温度，其在完全封闭的高压开关柜内电缆小室内，难以测量准确温度，不利于电缆终端头运行状态的检测、判断和运行维护。

（2）电缆绝缘试验未按期进行

《电力设备预防性试验规程》要求对于重要电缆的绝缘试验为1次/年，该电缆所在开关柜平时运行不停电，绝缘试验为2年/次。

（3）电缆终端头试验存在问题

交联电缆的绝缘是由添加交联剂的热塑性聚乙烯挤包，经过化学或物理方法交联而成的。本次事故电缆采用的试验方法是直流耐压试验，因直流耐压试验电压取值高，试验时间长，直流电场促成绝缘介质“电树枝”，严重损伤电缆绝缘，缩短电缆使用寿命。

而交流耐压试验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，同时可以无损伤的探测到电缆、电缆接头及施工工艺的缺陷，改善绝缘介质中的放电状况，保证电缆的正常使用寿命。

但无法及时发现制作过程中产生的微小气隙及安装中的微小绝缘挤压受损切线，绝缘老化趋势等危害运行的因素，无法为采取有效的维护措施提欧共相关数据和信息。

直流耐压试验装置

交流耐压试验装置

3防范措施 

1.严格规范制作工艺

3.1 预防“树枝”现象

（1）提高电缆生产工艺，采用先进的生产工艺和检测设备，减少和控制制造过程中产生的杂质等可以引发“树枝”详细的因素。

（2）提高电缆终端头的制作工艺。避免在空气潮湿的环境作业，作业时的空气相对湿度应在70%以下，试验完成后，应将电缆终端头密封。

3.2 预防电场应力局部集中

应力管与屏蔽层搭接应不小于20mm，以防收缩时应力管与屏蔽层脱离，产生局部集中的电场应力，导致应力管与屏蔽层脱离处电缆绝缘被击穿。

 2.把好材质关

（1）选用性能优良的电缆终端头及其附件，降低制造工艺中的风险，加强安装施工过程管理，采用合理的安装方案

（2）制作电缆终端头时，应保持附件和绝缘材料干净，电缆终端头安装完成后，应满足导体连接良好、绝缘可靠、密封良好。

（3）绝缘材料的防潮包装及密封应良好，存放处不得有积水，存放绝缘部件、绝缘材料等有机材料的室内温度应不超过35℃。

3.改善运行环境

配电室进行密封处理，灰尘阻止在门外，并安装空调，降低室内温度，电缆室应加装加热器，以防止发生凝露与腐蚀现象。

4.加强运行维护

3.3.1 加装适宜的观察孔

开关柜电缆室门上设置观察用的窗口，并用适宜的透明材料密封，以便运行人员使用红外测温仪能准确测到电缆终端头的运行温度。

3.3.采用温度在线检测技术

（1）手持式红外测温仪

定期测量电缆终端头的温度，通过非接触式、实时检测数据。此方法操作简单，经济，但对于全封闭式开关柜内的电缆终端头，无法检测到其真实的运行温度。

（2）智能式电缆终端头故障在线监测仪

采用温度传感器紧贴电缆终端头颈部安装，并与高压端保持可靠的绝缘隔离，通过光纤将传感器的信号发送至几十米外的及终测控装置，以便实时监控、报警。其优点是：阻燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、有较高的绝缘性能；运行人员在后台监控站可记录到电缆终端头的温度，温度升高超过设定值报警，避免了突发爆炸对巡视人员的人身威胁。

（3）采用局部放电在线监测仪

制作电缆终端头时，事先将局部放电传感器集成在电缆附件壳体上，采用光纤进行数据传输。此方法采用了数字滤波技术和计算机辅助图像识别技术，但抗干扰性能有待逐步提高，以提高装置的测试灵敏度。

（4）定期试验

按照《电力设备预防性试验规程》要求，加强对电力电缆的绝缘监督。

对于上述涉及到的封闭式开关柜交联电缆终端头，应按试验规程定期试验，运行时采用局部放电在线监测仪或智能式电缆头故障在线监测仪为主，红外测温仪为辅的方法，监测常规试验无法发现的微小缺陷，并在酿成事故之前进行处理。

3.改善运行环境

电缆防火采用的材料和产品需经过严格试验考核和实践检验。随着国民经济和科学技术的发展，会有更多更好的防火材料和先进的防火技术涌现，减少电缆火灾事故，减少人民生命财产损失，为电缆的防火、灭火工作提供强有力的保证。

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