浙江省宁波市中国石化镇海炼化分公司 徐凯华 315207
摘要：针对2019年10月某石油化工企业35千伏常规高压电缆头故障，深入探讨了高压电缆头制作这一环节施工技术及质量风险管理策略。分析了导致35千伏高压电缆头故障主要原因，提出了控制35kV电缆接头工程质量管理策略,最后提出了在线监测电缆头运行风险的建议，目的在于提高高压电缆头全寿命周期管理水平，降低石油化工企业生产运行波动风险。
关键词：高压电缆头；电气保护；晃电；爬电通道；绝缘击穿
0引言
2019年10月某日，某石油化工企业油厂变2#主变因35千伏开关柜侧电缆终端头故障引起电气保护动作跳闸，导致故障点所在供电系统的油厂变35千伏区域系统晃电1.2s、化肥变35千伏区域系统晃电35ms，6千伏电压最低下降至0.8千伏。导致450余台电机因低压跳闸，13套生产装置生产波动。结合油厂变2#主变故障录波、变压器保护动作时序以及现场电缆解剖，确认一根电缆头B相内绝缘下降，对地放电引发了本次事件。
随着石油化工企业内部供电系统负荷越来越大， 35千伏区域供电中心越来越多，企业电气系统的自动化水平越来越高，35千伏供电设备故障引起的波动对供电系统稳定运行产生的风险也愈来越大。而高压电缆头是其中绝缘最薄弱的部位，其中确保高压电缆头的安装质量又是保障电缆线路以及供电系统安全运行的关键。
35千伏高压电缆头安装质量风险管理，只有做好相应的技术准备，对电缆头制作人员、施工质量技术管理人员、监理人员、业主监管人员进行有效的技术培训，增强相关人员的风险意识和责任意识，对电缆头安装全过程有效管控，才能降低35千伏高压电缆头安装质量问题,加强运行中在线监测对供电系统稳定运行带来的风险。希望在本文的论述中相关工作人员能够获得一些高压电缆头工程质量风险管理的灵感。
1某石化企业某变压器35千伏开关柜侧电缆终端头故障分析过程及发现的主要问题
1.1调查情况
交联聚乙烯绝缘电力电缆，电缆型号ZR-YJV22,规格3*185mm,长度170m，额定电压26kV，调取档案《电力电缆试验记录》显示，2014年12月10日对该电缆按照当时的电缆交接试验标准GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》进行交接试验，直流电阻、绝缘试验、交流耐压试验（52 kV,60min）等试验记录未发现异常。
1.2本次电缆终端头故障可能原因分析
1)对首先发生故障的B相电缆头解剖后检查，发现爬电痕迹是从接线端子根部（本身带电部位）沿电缆终端头电应力控制管爬电至铜屏蔽接地端，爬电短路后电应力控制管已吸附至电缆主绝缘外部，电缆主绝缘表面已经碳化，给原因分析带来难度（图1），检查未发现附件及电缆有明显可见受潮迹象，但不能排除附件与主绝缘紧握力度不够，潮气进入主绝缘层与电应力管间隙，沿面放电的可能[1]。安装单位认为不能完全排除应力控制管存在材质质量缺陷或老化，导致爬电的可能。
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2）鉴于安装质量为主要怀疑对象，对同批制作的35千伏电缆头解剖后检查，发现存在的主要安装问题为：电缆导体的主绝缘表面存在的细微划痕未打磨光滑，主绝缘层外半导电层断口与主绝缘过渡部位未做倒角、外半导电层断口出现锯齿状、存在尖端未按技术要求处理，电缆头安装质量问题明显，我们对以上问题进行了返工处理。
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2高压电缆头工程，电缆及其附件主要质量问题分类
2.1电缆本身质量问题
如：电缆绝缘层偏心，切割开的电缆头未及时包扎，电缆头进水，电缆本身绝缘磨损、电缆不防水、不阻燃等设计质量问题。
2.2电缆附件质量问题
如：附件设计不完善、附件与主绝缘紧握力度不够(潮气可进入)、附件材质有缺陷。
2.3安装不规范
如：接线盒空间不足：导致电缆敷设弯曲半径不足、绝缘层切剥尺寸不符合安装指导文件要求、剥切电缆技术交底不规范、主绝缘层表面划痕未处理、未严格遵守附件安装环境要求，有水汽和杂物进入电缆头绝缘层[2]。
2.4电缆附件配合不恰当
如：连接金具不配套、间距过近、附件与电缆尺寸配合不当等。
3提高高压电缆头工程质量的主要控制要点
提高高压电缆头工程质量，首先要确保电缆以及电缆附件进场验收质量合格，通过查询质量证明文件、电缆及附件出厂检验试验记录，通过查验进场电缆及附件外观、现场检验试验手段查出电缆本身的绝缘破损、进水受潮等质量缺陷，从严控制电缆进场验收质量关[2]。
另外，从对某大型石化企业，电缆头工程质量的批量检查情况来看，电缆附件的安装操作不规范问题在高压电缆头工程质量问题中占90%以上。通过现场考核来自不同的常年承包商50名高压电缆头制作人员的施工质量，合格率只有76%，主要不合格问题在不合格行为中占比为：电缆主绝缘层主绝缘剥切尺寸偏差66.7%；屏蔽层断口尖角未处理16.7%；电缆头防水未做16.7%；防水只做一层16.7%；接地线防水工艺未做好8.3%；主绝缘表面打磨不精细8.3%；硅脂未涂好8.3%。要控制高压电缆头工程质量，必须严格控制电缆头制作过程工序质量。
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高压电缆头主要问题项在不合格质量行为中的占比图表 4提高高压电缆头工程质量的管理策略
4.1采取有效的质量管理措施
4.1.1严格控制作业人员的资格
高压电缆头的制作人员，应持有合格的且在有效期内的高压电工证件、电力电缆证，并且有过高压电缆头制作经验。
4.1.2选择标定合格的施工机具
常规工具：压线钳、电缆剪、锯弓、橡皮锤、老虎钳、尖嘴钳、偏口钳、电缆剥皮刀、螺丝刀、手套、专用压紧工具等高压电缆制作工具。施工全过程中要保证施工工具的清洁。
测量工具：兆欧表、万用表、干湿温度计，串联谐振试验设备。
4.2严格控制制作材料、附件的进场验收质量
高压电缆头材料的验收、管理和使用是一个重要的安装质量控制环节，材料的型号、规格、出厂日期、包装密封、质量和数量要经过必要的检查和核对。高压电缆头制作材料需报验并经监理验收合格后方能用于电缆头的制作。
4.3严格控制施工环境
35kV及以上高压电缆头施工对施工环境（湿度、温度、风沙灰尘、雨雾等）有严格的要求，施工环境应清洁，做好材料防潮、防水、防尘，湿度宜为70％以下，温度宜为10~30度，严禁在风沙灰尘过大场所施工，雨雾天气大风中严禁施工，电源照明光照充足[1]。
4.4对高压电缆头制作人员进行理论知识培训和实操技能考核
鉴于实操人员考核合格率低的情况，在高压电缆头施工前，首先对进场人员进行高压电缆头技术理论培训和实操技能考核，将考核的高压电缆头制作实操人员中不合格主要问题进行有针对性的讲评，使实操人员认识到相关问题的危害性。
要求施工企业针对35KV高压电缆头每一步制作步骤结合图片进行详细说明，对实操人员进行技术交底。采用反向交底管理策略，实际电缆头制作，向专职质检员、专业监理等管理人员进行反向技术交底，考察电缆头制作实操人员对各工序制作细节掌握情况，并且增强制作人员质量意识。
4.4.1让制作人员了解电缆结构有助于电缆附件的正确安装
目前大型石化企业高压电力电缆选型以交联聚乙烯塑料绝缘电缆为主，电压等级6到500kV，允许最高工作温度90℃，代表产品型号YJV,YJLV。
交联聚乙烯绝缘电缆结构图：
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三芯铜芯钢铠电缆 三芯铝芯钢铠电缆
按照国家标准，电缆导体截面规格一般为：25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630mm2等，导体截面积的选择要成分考虑载流量、电动力、散热等多种因素。
导体也是电缆工作时的高压电极，而且其表面电场强度最大，如果局部有毛刺则该处的电场强度会更大，因此在制作电缆接头制作时，要力图使导体表面光滑圆整、无毛刺，以改善导体表面电场分布。
半导电屏蔽层能改善线芯表面的光滑程度，减小气隙的局部放电，提高电缆的击穿强度，但是半导电层的加入又会给电缆老化性能带来影响，关键是作为半导电层材料中要求加入的碳黑粒子应均匀的分布在聚合物中，不应有碳粒结团于分散不良等现象。半导电层与绝缘层要接触紧密，不应出现空隙，不应有尖凸、杂质，这样可以减少界面效应、电导效应和机械力效应，提高抗树枝化，耐局部放电的能力。屏蔽层正常情况下流过电容电流，短路时作为短路电流通路，同时改善高压电缆金属电极表面电场分布，同时提高了绝缘表面耐电强度。半导电屏蔽层切断口电应力集中风险高，电缆终端或接头采取改善电缆屏蔽端部电场集中的有效措施、积极进行应力控制显得极其重要[3]。
半导电断口电应力控制，主要有冷缩应力锥和热缩应力管控制方式，冷缩应力锥比热缩应力管更稳定，寿命更长。
电力电缆终端或接头中的应力结构主要有两种：
（1）应力锥：如冷缩附件、高压预制附件。应力锥主要由绝缘和半导电两部分组成，其中绝缘部分用以增强电缆绝缘，半导电部分与电缆外半导电屏蔽结合，改变接地极形状，立体空间改变电场曲线，以控制电缆绝缘内电场分布。
（2）应力带或应控管：如热缩附件。应控管是通过控制材料的特殊电气参数,如高介电常数，应控管安装在附件中，使电场中电力线在两种不同介电常数介质的界面上遵循一定的折射规律，将这种材料施加在电缆屏蔽切断处绝缘表面，从而降低该处电场强度。
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4.4.2严格按照安装说明书做好安装技术交底，控制电缆主绝缘层主绝缘剥切尺寸偏差
（1）主绝缘切除工序质量控制
按照说明书尺寸要求，测量、标记主绝缘层预留和切除尺寸，预留和切除尺寸都应与产品说明书尺寸相符。使用专用刀具进行绝缘层切割时，需注意调节刀具切割深度，然后使用平口螺丝刀撬开、剥离主绝缘层。
质量要求：按照说明书，严格执行工艺纪律，保证尺寸准确，防止切割时伤及铜芯。环切口处需光滑平整，不得有尖角或缺口。主绝缘层切面部位放坡环切倒角。倒角部位尽量圆润光滑，按照产品说明书要求执行。
（2）电缆切除工序质量控制
采用倒算法计算切剥长度，切除要求整齐。电缆皮外护层切除时应根据电缆头附件的长度、设备电缆头接线盒的实际空间剥取。严格按照电缆头厂家的技术说明和标切位置尺寸切除，为使环切整齐可使用恒力弹簧钢卡套，切除电缆皮后恒力弹簧取下，下刀时要控制力度，电缆外皮切开即可，防止伤及铜屏蔽。质量要求：电缆切除宜采用锯弓切割，各切割位置严格按照说明书保证尺寸准确，电缆头产品、厂家不同，各施工环节尺寸可能有所不同，切除时需注意不能损伤铜屏蔽。
4.4.3对屏蔽层断口尖角的处理情况执行自检、专职质检员、监理检查三级验收要求
（1）金属屏蔽的作用及处理质量要求
金属屏蔽提供电容电流及故障电流的通路，有一定的截面要求，同时形成工作电场的低压电极，当局部有毛刺时也会形成电场强度很大的情况。因此，也要力图使导体表面尽量做到圆整无毛刺。
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质量控制策略：
（2）金属（铜）屏蔽切除工序质量控制
严格按照产品说明书测量、标记铜屏蔽层切除位置。可使用恒力弹簧或PVC自粘带缠绕，刀具轻轻环绕划印，然后使用刀具或尖嘴钳等破口撕下，铜屏蔽切除后将恒力弹簧或PVC自粘带缠绕取下，然后用PVC自粘胶带临时固定铜屏蔽末端防止松散。
质量要求：严格按照说明书保证尺寸准确，保证铜屏蔽环切整齐，无毛刺卷边锯齿状切面、切口处需光滑、不得有尖角或缺口，勿刀具用力过猛误伤半导电层。
将金属（铜）屏蔽末端用PVC自粘胶带缠绕，防止铜屏蔽带散开，清除护套表面污垢，切割位置与电缆外皮切口平齐，切口整齐干净[2]。
4.4.4半导电层切除剥离以及主绝缘表面打磨工序质量关键工序执行自检、专职质检员、监理检查、建设单位抽样四级验收要求
（1）切剥工序要求：按照产品说明书尺寸，测量半导体预留长度并标记，若切除直接到位的电缆，各尺寸同时复查，防止下步施工时主绝缘层尺寸过长或者过短。为使得半导电层环切口处光滑平整，可缠绕恒力弹簧卡辅助切割，剥离半导电层，如不慎在主绝缘上留下刀痕，须用所配的专用砂纸打磨去除并确保打磨光滑。环切一刀完成，纵向切割三至四刀为宜。
质量控制要求：切除半导电层时轻轻谨慎用刀，切勿划伤主绝缘层，切口处光滑平整，不得有尖角或缺口。
（2）主绝缘表面打磨工序质量要求
电缆主绝缘层表面采用专用砂纸顺圆周方向打磨圆滑，不可有凸痕、凹痕、杂物、刀痕及半导电颗粒等。打磨电缆半导电端口与绝缘层过渡处需平滑圆整，不能有台阶、尖角或波浪锯齿状。注意此处电缆不能弯曲，若有弯曲需校直。打磨处理后仔细检查是否干净、整洁。
（3）电缆头表面清洁工序质量要求
用湿清洁巾从上往下，一次性清洁电缆主绝缘表面，不可来回摩擦清洁。半导电层清洁采用干清洁纸，清洁后再次检查确认符合清洁度的要求。
（4）接地线安装工序质量控制
接地线一端放置于屏蔽层上，止于外皮切口处，另一端沿着半导电层平行，用恒力弹簧在屏蔽层和接地线上缠绕两层，然后将其半导电侧接地线折回与电缆外皮平行，折叠处轻轻敲击，不得蓬松凸起太高，然后用剩余恒力弹簧整齐全部缠绕。
4.4.5严格控制电缆头防水工序质量
对于户外安装的高压电缆头，防水安装质量显得尤为重要。
电缆头密封口制作工序质量要求：
在产品说明书要求的密封口位置，采用专用砂纸清洁电缆外皮并打毛，砂纸清洁宽度超出防水胶条宽度，然后缠绕防水胶条，防水胶条拉伸后，在接地线和电缆外皮之间砂纸打毛位置先缠绕两层，然后将接地线顺直，使接地线平直与电缆十字交叉紧压，在接地线外再缠绕两层防水胶条，将整个铜屏蔽层、接地线及恒力弹簧外半重叠绕包。
4.5对高压电缆线路的交接耐压试验质量实行监理旁站、见证监控
电缆线路的交接耐压试验主要有耐压试验、局放试验及接地系统等试验项目。电缆线路的交接耐压试验属于投用前交接及诊断性试验，目标在于发现因设计不合理、工艺制造缺陷、安装工艺不过关等导致绝缘性能下降而不满足投用条件的潜在风险。
由于变频串联谐振耐压试验，品质因素高，所需电源容量远小于被试品的试验容量，变频串联谐振耐压试验设备还具有对试品损伤小，试验设备功率小，现场实施可行性高，是目前最切实可行和经济有效的高压试验方法[4]。
4.6新型内锥插拔式高压电缆头
目前35kV馈线柜大都采用气体绝缘柜，柜内电缆终端是内锥插拔式电缆头。内锥插拔式电缆终端头是一种新工艺、新技术、其主要材料使用的是特种硅橡胶制作而成的一个带有应力锥的电缆头。此种硅橡胶是一种新型的绝缘材料，它不仅满足高等级电压的需要，而且体积小可拆卸。它主要是在电缆终端头的外屏蔽层处设置一个硅橡胶应力锥，使整个电缆头均匀在磁场包围之中, 来解决高压电缆头外屏蔽层切断处的电场应力集中问题。此种电缆头既不用热缩，又不用冷缩，它不仅可以保证安全运行，而且使设备能够达到全绝缘、全屏蔽、可触摸。该工艺主要根据新型35千伏插拔式电缆材料及其说明要求和规范相结合来进行的。
在交联聚氯乙烯绝缘铜带电力电缆，35千伏内锥插拔式电缆头制作工序中，电缆切除、铜屏蔽切除、切除剥离半导电层、主绝缘切除，此四步制作环节依然是内锥式电缆头的制作关键，与传统的高压电缆头施工方式需要控制的主要内容相近。
5做好高压电缆头绝缘在线监测的管理
一般认为电缆头绝缘变差，绝缘电阻和吸收比会有所改变。
绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构绝缘状态最基本的综合性能特性参数，是判断电缆典性能的基本指标。它取决于所用材料和电缆结构，而电缆头的工艺水平和温度、湿度等环境条件影响也大。测量绝缘电阻能够有效的发现下列缺陷：总体绝缘欠佳；绝缘介质受潮；有贯穿性导电通道；绝缘介质表面情况不良。但绝缘电阻不能发现绝缘介质中的缺陷，如：非贯穿性局部损伤、含有气泡、分层脱开等，另外，绝缘介质的老化其绝缘电阻还是高的。
应该指出：绝缘电阻和绝缘介质的结构、形状、尺寸等有关，而在绝缘没有形成贯穿性缺陷前，绝缘电阻并不会发生显著变化，通常是与过去测得的数值比较，如果下降快，幅度大，不易趋向稳定，表明绝缘水平出现了问题[5]。
6结束语
综上所述，若35千伏侧电缆终端头故障引起跳闸，会对供电系统安全运行、石油化工企业生产运行造成极为严重的影响，可见提高高压电缆头工程质量管理水平、做好高压电缆头绝缘在线监测的管理的必要性。一方面，电缆头设计人员应根据使用环境、接线盒空间大小，选用恰当的电缆结构和绝缘材料，并将关键控制尺寸数据向制作人员交底，另一方面，需要重视对高压电缆头制作人员的技术培训以及制作工序的质量监管，确保高压电缆头工程质量管理水平的同时，做好重要装置、重要部位高压电缆头绝缘在线监测管理。
参考文献：
[1]黄威 等.电力电缆头制作与故障测寻.2018;173.
[2]李光辉.电力电缆施工技术.,2018;112-113.
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[4]陈庆, 电力电缆线路试验技术及应用. 2018;23.
[5]电力电缆线路全寿命周期管理实训应用实例编委会.电力电缆全寿命周期管理实训应用实例. 2018;177-178.