電纜終端爆炸事故引發的深度思考
1事故經過概述
2012年，某公司開閉所巡檢人員聽到異常聲響，檢查發現開關柜內電纜終端頭爆炸、著火。
采用的是交聯聚乙烯絕緣10kV電力電纜（簡稱交聯電纜）、以及全封閉式高壓開關柜，供電系統接線圖如圖1所示。
（1）正常運行時，220kV系統200開關合位，10kV母線分段運行，500、800開關分位。
（2）故障時，變電站10kV II段554開關過流II段保護動作，約300ms后跳閘，502開關過流保護II段動作，約1200ms后跳閘。檢查發現802開關柜內電纜終端頭爆炸、著火，現場配電室內有嗆鼻的煙霧。滅火后，發現開關柜內電纜終端頭有放電燒黑痕跡，熱電開閉所10kV II段全部電機低電壓保護跳閘。
2原因分析
1.制作工藝不良
（1）絕緣層發生“樹枝”現象
交聯電纜的性能受制作工藝過程影響很大，電纜絕緣層內部存在氣隙、雜質及電纜內外半導電層界面，會在運行時形成處于高場強的不連續材料界面，并沿電力線方向發生樹枝狀裂紋，即所謂的“電樹枝”。從“電樹枝”現象出現到絕緣層全部被擊穿，時間很短，且通常都會伴隨局部放電現象。
（2）電場應力局部集中
高壓電纜每一相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。電纜正常運行時，只有從（銅）導線沿半徑向（銅）屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場（電力線），電場分布是均勻的，如圖2所示。
制作電纜終端頭時，因需要剝掉一小段屏蔽層，以保證高壓對地的爬電距離，所以導致原有的電場分布發生改變，產生了沿導線軸向的電力線，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。用介電常數為20~30，體積電阻率為10……8~1012Ω·cm材制作的電應力控制管（簡稱應力管），套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場應力（電力線），保證電纜可靠運行。應力管時的電力線分布如圖4所示，有應力管時電力線分布是均勻的。
圖3 沒有應力管時的電力線分布
圖4 有應力管時的電力線分布
2.電纜終端頭附件質量不良
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，導致絕緣性能降低，并迅速老化。所以選擇優質的電力電纜附件也是尤為重要的
3.開關柜運行環境不良
室外灰塵大，密封不良，灰塵容易進入開關柜內并附著在電纜終端頭絕緣上。開關柜數量較多，發熱量較大，室內溫度較高，加快電纜終端頭絕緣老化。
4.運行維護不到位
（1）運行溫度檢測不準確
交聯電纜終端頭，具有較大的載流量和較高的運行溫度，其在完全封閉的高壓開關柜內電纜小室內，難以測量準確溫度，不利于電纜終端頭運行狀態的檢測、判斷和運行維護。
（2）電纜絕緣試驗未按期進行
《電力設備預防性試驗規程》要求對于重要電纜的絕緣試驗為1次/年，該電纜所在開關柜平時運行不停電，絕緣試驗為2年/次。
（3）電纜終端頭試驗存在問題
交聯電纜的絕緣是由添加交聯劑的熱塑性聚乙烯擠包，經過化學或物理方法交聯而成的。本次事故電纜采用的試驗方法是直流耐壓試驗，因直流耐壓試驗電壓取值高，試驗時間長，直流電場促成絕緣介質“電樹枝”，嚴重損傷電纜絕緣，縮短電纜使用壽命。
而交流耐壓試驗輸出的正弦電壓波形接近電纜的運行工況，試驗電壓值低于直流耐壓試驗值，且在測試中不會使有害的空間電荷注入，同時可以無損傷的探測到電纜、電纜接頭及施工工藝的缺陷，改善絕緣介質中的放電狀況，保證電纜的正常使用壽命。
但無法及時發現制作過程中產生的微小氣隙及安裝中的微小絕緣擠壓受損切線，絕緣老化趨勢等危害運行的因素，無法為采取有效的維護措施提歐共相關數據和信息。
直流耐壓試驗裝置
交流耐壓試驗裝置
3防范措施
1.嚴格規范制作工藝
3.1 預防“樹枝”現象
（1）提高電纜生產工藝，采用先進的生產工藝和檢測設備，減少和控制制造過程中產生的雜質等可以引發“樹枝”詳細的因素。
（2）提高電纜終端頭的制作工藝。避免在空氣潮濕的環境作業，作業時的空氣相對濕度應在70%以下，試驗完成后，應將電纜終端頭密封。
3.2 預防電場應力局部集中
應力管與屏蔽層搭接應不小于20mm，以防收縮時應力管與屏蔽層脫離，產生局部集中的電場應力，導致應力管與屏蔽層脫離處電纜絕緣被擊穿。
2.把好材質關
（1）選用性能優良的電纜終端頭及其附件，降低制造工藝中的風險，加強安裝施工過程管理，采用合理的安裝方案
（2）制作電纜終端頭時，應保持附件和絕緣材料干凈，電纜終端頭安裝完成后，應滿足導體連接良好、絕緣可靠、密封良好。
（3）絕緣材料的防潮包裝及密封應良好，存放處不得有積水，存放絕緣部件、絕緣材料等有機材料的室內溫度應不超過35℃。
3.改善運行環境
配電室進行密封處理，灰塵阻止在門外，并安裝空調，降低室內溫度，電纜室應加裝加熱器，以防止發生凝露與腐蝕現象。
4.加強運行維護
3.3.1 加裝適宜的觀察孔
開關柜電纜室門上設置觀察用的窗口，并用適宜的透明材料密封，以便運行人員使用紅外測溫儀能準確測到電纜終端頭的運行溫度。
3.3.采用溫度在線檢測技術
（1）手持式紅外測溫儀
定期測量電纜終端頭的溫度，通過非接觸式、實時檢測數據。此方法操作簡單，經濟，但對于全封閉式開關柜內的電纜終端頭，無法檢測到其真實的運行溫度。
（2）智能式電纜終端頭故障在線監測儀
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發送至幾十米外的及終測控裝置，以便實時監控、報警。其優點是：阻燃、防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、有較高的絕緣性能；運行人員在后臺監控站可記錄到電纜終端頭的溫度，溫度升高超過設定值報警，避免了突發爆炸對巡視人員的人身威脅。
（3）采用局部放電在線監測儀
制作電纜終端頭時，事先將局部放電傳感器集成在電纜附件殼體上，采用光纖進行數據傳輸。此方法采用了數字濾波技術和計算機輔助圖像識別技術，但抗干擾性能有待逐步提高，以提高裝置的測試靈敏度。
（4）定期試驗
按照《電力設備預防性試驗規程》要求，加強對電力電纜的絕緣監督。
對于上述涉及到的封閉式開關柜交聯電纜終端頭，應按試驗規程定期試驗，運行時采用局部放電在線監測儀或智能式電纜頭故障在線監測儀為主，紅外測溫儀為輔的方法，監測常規試驗無法發現的微小缺陷，并在釀成事故之前進行處理。
3.改善運行環境
電纜防火采用的材料和產品需經過嚴格試驗考核和實踐檢驗。隨著國民經濟和科學技術的發展，會有更多更好的防火材料和先進的防火技術涌現，減少電纜火災事故，減少人民生命財產損失，為電纜的防火、滅火工作提供強有力的保證。
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