高壓交聯(lián)電纜接頭故障原因分析及處理方法
一、交聯(lián)電纜接頭故障原因分析
由于電纜附件種類、形式、規(guī)格較多;質(zhì)量參差不齊;施工人員技術水平高低不等;電纜接頭運行方式和條件各異,致使交聯(lián)電纜接頭發(fā)生故障的原因各不相同。由于交聯(lián)電纜與油紙電纜的介質(zhì)不同,接頭發(fā)生故障的原因有很大的差異,油紙電纜接頭發(fā)生故障主要是絕緣影響,而交聯(lián)電纜接頭發(fā)生故障主要是導體連接。交聯(lián)電纜允許運行溫度高,對電纜接頭就提出了更高的要求,使接頭發(fā)熱問題就顯得更為突出。接觸電阻過大、溫升加快、發(fā)熱大于散熱促使接頭的氧化膜加厚,又使接觸電阻更大,溫升更快。如此惡性循環(huán),使接頭的絕緣層破壞,形成相間短路,引起爆炸燒毀。造成接觸電阻增大的原因有以下幾點。
1、工藝不佳。主要是指電纜接頭施工人員在導體連接前后的施工工藝。
(1)連接金具接觸面處理不佳。無論是接線端子或連接管,由于生產(chǎn)或保管的條件影響,管體內(nèi)壁常有雜質(zhì)、毛刺和氧化層存在,這是不為人們重視的缺陷,但對導體連接質(zhì)量的影響,頗為嚴重。特別是鋁表面極易生成一層堅硬而又絕緣的氧化鋁薄膜,使鋁導體的連接要比銅導體的連接增加不少麻煩,工藝技術的嚴格性也要高得多。造成連接(壓接、焊接和機械連接)發(fā)熱的主要原因,除機具、材料性能因素外,關鍵是工藝技術和責任心。施工人員不了解連接機理,沒有嚴格按工藝要求操作,就會造成連接處達不到電氣和機械強度。運行證明當壓接金具與導線的接觸表面愈清潔,在接頭溫度升高時,所產(chǎn)生的氧化膜就愈薄,接觸電阻就愈小。
(2)導體損傷。交聯(lián)絕緣層強度較大剝切困難,環(huán)切時施工人員用電工刀左劃右切,有時干脆用鋼鋸環(huán)切深痕,往往掌握不好而使導線損傷。剝切完畢雖然不很嚴重,但在線芯彎曲和壓接蠕動時,會造成受傷處導體損傷加劇或斷裂,壓接完畢不易發(fā)現(xiàn),因截面減小而引起發(fā)熱嚴重。
(3)導體連接時線芯不到位。導體連接時絕緣剝切長度要求壓接金具孔深加5mm,但因產(chǎn)品孔深不標準,易造成剝切長度不夠,或因壓接時串位使導線端部形成空隙,僅靠金具壁厚導通,致使接觸電阻增大,發(fā)熱量增加。
2、壓力不夠?，F(xiàn)今有關資料在制作接頭工藝及標準圖中只提到電纜連接時每端的壓坑數(shù)量,而沒有詳述壓接面積和壓接深度。施工人員按要求壓夠壓坑數(shù)量,效果如何無法確定。不論是哪種形式的壓力連接,接頭電阻主要是接觸電阻,而接觸電阻的大小與接觸力的大小和實際接觸面積的多少有關,與使用壓接工具的出力噸位有關。造成導體連接壓力不夠的主要原因有以下3點。
(1)壓接機具壓力不足。近年壓接機具生產(chǎn)廠家較多,管理混亂,沒有統(tǒng)一的標準,特別是近年生產(chǎn)的機械壓鉗,壓坑不僅窄小,而且壓接到位后上下壓模不能吻合;還有一些廠家購買或生產(chǎn)國外類型壓鉗,由于執(zhí)行的是國外標準,與國產(chǎn)導線標稱截面不適應,壓接質(zhì)量難保證。
(2)連接金具空隙大。現(xiàn)在交聯(lián)電纜接頭多數(shù)單位使用的連接金具,還是油紙電纜按扇型導線生產(chǎn)的端子和壓接管。從理論上講圓型和扇型線芯的有效截面是一樣的,但從運行實際比較,二者的壓接效果相差甚大。由于交聯(lián)電纜導體是緊絞的圓型線芯,與常用的金具內(nèi)徑有較大的空隙壓接后達不到足夠的壓縮力。接觸電阻與施加壓力成反比,因此將導致增大。
(3)假冒偽劣產(chǎn)品質(zhì)量差。假冒偽劣金具不僅材質(zhì)不純,外觀粗糙,壓后易出現(xiàn)裂紋,而且規(guī)格不準,有效截面與正品相差很大,根本達不到壓接質(zhì)量要求,在正常情況下運行發(fā)熱嚴重,負荷稍有波動必然發(fā)生故障。3、截面不足將交聯(lián)電纜與油紙電纜的允許載流量,在環(huán)境溫度為25℃時,進行比較得出的結論是:ZQ2—3×240油紙銅芯電纜可用YJV22-3×150交聯(lián)銅芯電纜替代。因為YJV22-3×150交聯(lián)電纜的允許載流量為476A;而ZQ2-3×240油紙電纜的允許載流量為420A,還超出56A。ZLQ2-3×240可用YJLV22-31×50替代,因為交聯(lián)3×150鋁芯電纜的載流量為364A,而油紙3×240鋁芯電纜的載流量才320A,交聯(lián)電纜還超出44A。如果用允許載流量計算,150mm2交聯(lián)電纜與240mm2油紙電纜基本相同,或者說150mm2交聯(lián)電纜應用240mm2的金具連接才能正常運行。由此可見連接金具截面不足將是交聯(lián)電纜接頭發(fā)熱嚴重的一個重要原因。4、散熱不好。繞包式接頭和各種澆鑄式接頭,不僅繞包絕緣較電纜交聯(lián)絕緣層為厚,而且外殼內(nèi)還注有混合物,就是最小型式的熱縮接頭,其絕緣和保護層還比電纜本體增加一倍多。這樣無論何種型式的接頭均存在散熱難度?，F(xiàn)行各種接頭的絕緣材料耐熱性能較差,J-20橡膠自粘帶正常工作溫度不超過75℃;J-30也才達90℃;熱縮材料的使用條件為-50～100℃。當電纜在正常負荷運行時,接頭內(nèi)部的溫度可達100℃,當電纜滿負荷時,電纜芯線溫度達到90℃,接頭溫度會達140℃左右,當溫度再升高時,接頭處的氧化膜加厚,接觸電阻隨之加大,在一定通電時間的作用下,接頭的絕緣材料碳化為非絕緣物,導致故障發(fā)生。綜上所述增加連接金具接點的壓力、降低運行溫度、清潔連接金屬材料的表面、改進連接金具的結構尺寸、選用優(yōu)質(zhì)標準的附件、嚴格施工工藝是降低接觸電阻的幾個關鍵因素。
(3)假冒偽劣產(chǎn)品質(zhì)量差。假冒偽劣金具不僅材質(zhì)不純,外觀粗糙,壓后易出現(xiàn)裂紋,而且規(guī)格不準,有效截面與正品相差很大,根本達不到壓接質(zhì)量要求,在正常情況下運行發(fā)熱嚴重,負荷稍有波動必然發(fā)生故障。3、截面不足將交聯(lián)電纜與油紙電纜的允許載流量,在環(huán)境溫度為25℃時,進行比較得出的結論是:ZQ2—3×240油紙銅芯電纜可用YJV22-3×150交聯(lián)銅芯電纜替代。因為YJV22-3×150交聯(lián)電纜的允許載流量為476A;而ZQ2-3×240油紙電纜的允許載流量為420A,還超出56A。ZLQ2-3×240可用YJLV22-31×50替代,因為交聯(lián)3×150鋁芯電纜的載流量為364A,而油紙3×240鋁芯電纜的載流量才320A,交聯(lián)電纜還超出44A。如果用允許載流量計算,150mm2交聯(lián)電纜與240mm2油紙電纜基本相同,或者說150mm2交聯(lián)電纜應用240mm2的金具連接才能正常運行。由此可見連接金具截面不足將是交聯(lián)電纜接頭發(fā)熱嚴重的一個重要原因。4、散熱不好。繞包式接頭和各種澆鑄式接頭,不僅繞包絕緣較電纜交聯(lián)絕緣層為厚,而且外殼內(nèi)還注有混合物,就是最小型式的熱縮接頭,其絕緣和保護層還比電纜本體增加一倍多。這樣無論何種型式的接頭均存在散熱難度?，F(xiàn)行各種接頭的絕緣材料耐熱性能較差,J-20橡膠自粘帶正常工作溫度不超過75℃;J-30也才達90℃;熱縮材料的使用條件為-50～100℃。當電纜在正常負荷運行時,接頭內(nèi)部的溫度可達100℃,當電纜滿負荷時,電纜芯線溫度達到90℃,接頭溫度會達140℃左右,當溫度再升高時,接頭處的氧化膜加厚,接觸電阻隨之加大,在一定通電時間的作用下,接頭的絕緣材料碳化為非絕緣物,導致故障發(fā)生。綜上所述增加連接金具接點的壓力、降低運行溫度、清潔連接金屬材料的表面、改進連接金具的結構尺寸、選用優(yōu)質(zhì)標準的附件、嚴格施工工藝是降低接觸電阻的幾個關鍵因素。
二、交聯(lián)電纜接頭運行狀況
6-10KV高壓動力電纜在水利工程和電力系統(tǒng)運用非常廣泛,其完好的接頭和附件對機電設備安全、經(jīng)濟、可靠運行和供電安全是非常重要的。設計良好、施工合理的電纜接頭,經(jīng)實際運行證明,在大多數(shù)情況下是可以長期使用的。但交聯(lián)電纜由于載流能力強,電流密度大,對導體連接質(zhì)量要求就更為嚴格。對接頭所要求機械的電氣的條件日益從嚴越來越高,特別是6-10KV電動機電纜,各種接頭將經(jīng)受很大的熱應力和較高激烈程度與持續(xù)時間的短路電流的影響。所以說交聯(lián)電纜附件也不是附屬的,更不是次要的部件,它與電纜是同等重要,必不可少的部件,也是與安全運行密切相關的關鍵產(chǎn)品。交聯(lián)電纜在國外已普遍應用,國內(nèi)廣泛采用雖然僅10余年,目前還存在一些問題,但隨著技術的發(fā)展,附件的配套,質(zhì)量的提高,工藝的完善,交聯(lián)電纜已有替代油紙電纜的趨勢具有廣闊、深遠的發(fā)展前景。
三、提高交聯(lián)電纜接頭質(zhì)量的對策 由于交聯(lián)電纜接頭所處的環(huán)境和運行方式不同,所連接的電氣設備及位置不同,電纜附件在材質(zhì),結構及安裝工藝方面有很大的選擇余地,但各類附件所具備的基本性能是一致的,所以應加強以下幾點措施來提高接頭質(zhì)量。(1)必須選用技術先進、工藝成熟、質(zhì)量可靠、能適應所使用的環(huán)境和條件的電纜附件。對假冒偽劣產(chǎn)品必須堅決抵制,對新技術、新工藝、新產(chǎn)品應重點試驗,不斷總結提高,逐年逐步推廣應用。(2)采用材質(zhì)優(yōu)良、規(guī)格、截面符合要求,能安全可靠運行的連接金具。對于接線端子,應盡可能選用堵油型,因為這種端子一般截面較大,能減小發(fā)熱,而且還能有效的解決防潮密封。連接管應采用紫銅棒或1#鋁車制加工,規(guī)格尺寸應同交聯(lián)電纜線芯直徑配合為好。近年長沙和沈陽電纜廠附件廠提供的交聯(lián)電纜接頭用壓接管,使用效果較好。(3)選用壓接噸位大、模具吻合好,壓坑面積足,壓接效果能滿足技術要求的壓接機具。做好壓接前的界面處理,并涂敷導電膏。(4)培訓技術有素、工藝熟練、工作認真負責,能勝任電纜施工安裝和運行維護的電纜技工。提高施工人員對交聯(lián)電纜的認識,增強對交聯(lián)電纜附件特性的了解,研究技術,改進工藝,制定施工規(guī)范,加強質(zhì)量控制,保證安全運行。由于交聯(lián)電纜推廣應用時間較短,電纜附件品種雜亂,施工人員技術水平高低不等,加之接頭的接觸力和實際接觸面積是隨著接頭在運行中所處的各種不同的運行條件而在變化,所以交聯(lián)電纜各種接頭發(fā)生故障的原因也就各不相同,除發(fā)熱問題外,對于密封問題、應力問題、聯(lián)接問題、接地問題等引起的接頭故障也應予以重視。
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