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[摘 要]高压电缆组成作为动车组高压系统的重要组件，用于把来自受电弓的接触网电能稳定传输到动车组牵引系统上，其中高压电缆结构简单、性能稳定，但其与电缆终端之间存在不同材料的界面配合处，是整个高压电缆组成的绝缘性能薄弱点。本文通过对预制式高压电缆终端绝缘故障的原因分析，阐述该类型终端与高压电缆的配合原理及组装、使用过程中应注意事项。
[关键词]高压电缆组成 预制式高压电缆终端 绝缘故障
中图分类号：TP112.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0056-02
1、故障现象
某型动车组在完成交路、回库检修时，出现网侧过电流故障，导致接触网供电回路跳闸、断电。登顶检查发现一个高压电缆终端的应力锥裂开，且与下方组件有明显错位，接地线部分熔断，应力锥附近布满放电形成的炭黑，具体状态如图1所示，可以确定此次故障为该高压电缆终端对车体放电所致。
2、分解检查
故障高压电缆终端为分体安装的预制式终端，其结构如图2所示。整个高压电缆终端从顶部压接端子（1）开始，向下分别是端帽（2）、伞裙（3）、应力锥（4）、漏电收集环（5）及适配管（6）等组件。该类型终端的组装方法是电缆剥开后，在其绝缘层表面涂抹硅脂，然后将适配管、应力锥、各节伞裙及端帽逐一套装到电缆绝缘层上，通过过盈配合实现与电缆的组装。
拆除故障高压电缆终端的端帽、伞裙、应力锥后，发现电缆绝缘层上有一个直径约10mm的熔穿孔，附近表面上有熔融的铝屑附着及树枝状放电痕迹。剖开应力锥，在应力锥内表面同样发现相同形态的树枝状放电痕迹。
不同于电缆绝缘层击穿瞬间形成的熔穿孔，两个组件界面上的树枝状放电痕迹是由绝缘材料性能劣化初期形成的局部放电导致。此时应力锥和电缆的相对位置稳定，为绝缘击穿前的初始状态。因此，将应力锥和电缆绝缘层表面上的放电痕迹进行位置比对，如图3所示，A1、A2和B1、B2两个痕迹分别重合时，即可得到绝缘击穿、对地放电故障前应力锥与适配管的相对位置。比对后发现，故障前应力锥与适配管已经沿轴向发生了约30mm的相对位移。
3、原理介绍及故障分析
>原理介绍
当高压电缆通电时，其内部的电力线是由金属导体至半导电屏蔽层、均匀径向分布的。在半导电屏蔽层的末端，电力线就开始向外发散。此处虽然电位很低，但电场高度集中，极易发生局部放电。虽然局部放电在短期内不会造成设备失效，但长期运行后局部放电所造成的温度升高、绝缘材料老化等问题会最终导致高压电缆和半导电屏蔽层之间的绝缘击穿。
安装应力锥后，应力锥内表面的半导电部分与高压电缆的半导电屏蔽层相连，将半导电屏蔽层通过顺滑、连贯的曲线延伸出去，使原来高度集中的电力线均匀地向外发散，避免应力集中点的形成。高压电缆开剥后、安装应力锥前后的电场分布情况及故障高压电缆终端的应力锥结构如图4所示。
预制式高压电缆终端的结构均是使用应力锥结构进行电场控制，具体结构稍有差异，有的将应力锥集成在终端内部，整体套装在电缆上；有的为分体式结构，使用单独的应力锥和伞裙组件，共同组成一个高压电缆终端。故障高压电缆属于分体式结构，增加的适配管为半导电材质，主要用于高压电缆半导电屏蔽层到应力锥的顺滑过渡，实现两者的组装；同时延长高压电缆半导电屏蔽层，实现与应力锥的无缝连接。
>故障分析
上述预制式高压电缆终端的结构特点说明，当应力锥和高压电缆半导电屏蔽层出现断点或者错位时，在不连续处就会出现应力集中点，最终导致绝缘故障的发生。两种应力锥定位不准确情况下的等位线及电场分布情况如图5所示。
本次高压电缆终端故障与图5所示的错位状态现象一致。因此可以确定此次故障的原因是应力锥与适配管发生错位，使高压电缆半导电屏蔽层无法通过适配管与应力锥顺滑连接、形成连贯的几何曲线，致使电场在错位点附近形成了应力集中点，绝缘材料接合面处发生局部放电，最终导致绝缘材料击穿、对地放电。
4、注意项点
根据此次高压电缆终端故障的分析及预制式高压电缆终端结构、原理可见，对于预制式高压电缆终端的使用，有两方面因素需要注意。
一方面，为达到长期有效控制电缆终端中电场分布的效果，需要保证应力锥的几何形状及应力锥与电缆主绝缘结合界面有足够的压强。应力锥为工厂预制，几何尺寸偏差小，但应力锥与电缆主绝缘结合面压强（即“握紧力”）取决于其与电缆本体的紧密配合状态，如握紧力难以保证，易导致沿结合面的界面放电。因此，在部件选型及安装前电缆主绝缘的预处理过程中需要密切关注电缆主绝緣及终端之间的配合状态。
另一方面，预制式高压电缆终端依靠过盈配合来实现与电缆的组装，在高压电缆组成随动车组投入使用后，日常维护过程中应密切关注各组件之间的相对位置，避免因组件发生错位而导致的绝缘故障。
5、结束语
预制式高压电缆终端由于结构简单、稳定性好，目前已在动车组、电力机车上广泛使用，但对分体安装的预制式高压电缆终端，需要注意应力锥的定位问题，避免其导致绝缘问题，影响动车组及电力机车的正常运行。
参考文献
[1] 刘子玉.电气绝缘结构设计原理.北京：机械工业出版社，1981.
[2] 卓金玉.电力电缆设计原理.北京：机械工业出版社，1994.
[3] 戴征宇，姜芸，罗俊华.预制型电缆附件沿面放电试验研究.高电压技术，2002，28（9）：7-8.
[4] 刘英，曹晓珑，孙淑霞.电缆终端型电场的应力控制材料及结构.电线电缆，2005，（1）：29-33.
[关键词]高压电缆组成 预制式高压电缆终端 绝缘故障
中图分类号：TP112.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0056-02
1、故障现象
某型动车组在完成交路、回库检修时，出现网侧过电流故障，导致接触网供电回路跳闸、断电。登顶检查发现一个高压电缆终端的应力锥裂开，且与下方组件有明显错位，接地线部分熔断，应力锥附近布满放电形成的炭黑，具体状态如图1所示，可以确定此次故障为该高压电缆终端对车体放电所致。
2、分解检查
故障高压电缆终端为分体安装的预制式终端，其结构如图2所示。整个高压电缆终端从顶部压接端子（1）开始，向下分别是端帽（2）、伞裙（3）、应力锥（4）、漏电收集环（5）及适配管（6）等组件。该类型终端的组装方法是电缆剥开后，在其绝缘层表面涂抹硅脂，然后将适配管、应力锥、各节伞裙及端帽逐一套装到电缆绝缘层上，通过过盈配合实现与电缆的组装。
拆除故障高压电缆终端的端帽、伞裙、应力锥后，发现电缆绝缘层上有一个直径约10mm的熔穿孔，附近表面上有熔融的铝屑附着及树枝状放电痕迹。剖开应力锥，在应力锥内表面同样发现相同形态的树枝状放电痕迹。
不同于电缆绝缘层击穿瞬间形成的熔穿孔，两个组件界面上的树枝状放电痕迹是由绝缘材料性能劣化初期形成的局部放电导致。此时应力锥和电缆的相对位置稳定，为绝缘击穿前的初始状态。因此，将应力锥和电缆绝缘层表面上的放电痕迹进行位置比对，如图3所示，A1、A2和B1、B2两个痕迹分别重合时，即可得到绝缘击穿、对地放电故障前应力锥与适配管的相对位置。比对后发现，故障前应力锥与适配管已经沿轴向发生了约30mm的相对位移。
3、原理介绍及故障分析
>原理介绍
当高压电缆通电时，其内部的电力线是由金属导体至半导电屏蔽层、均匀径向分布的。在半导电屏蔽层的末端，电力线就开始向外发散。此处虽然电位很低，但电场高度集中，极易发生局部放电。虽然局部放电在短期内不会造成设备失效，但长期运行后局部放电所造成的温度升高、绝缘材料老化等问题会最终导致高压电缆和半导电屏蔽层之间的绝缘击穿。
安装应力锥后，应力锥内表面的半导电部分与高压电缆的半导电屏蔽层相连，将半导电屏蔽层通过顺滑、连贯的曲线延伸出去，使原来高度集中的电力线均匀地向外发散，避免应力集中点的形成。高压电缆开剥后、安装应力锥前后的电场分布情况及故障高压电缆终端的应力锥结构如图4所示。
预制式高压电缆终端的结构均是使用应力锥结构进行电场控制，具体结构稍有差异，有的将应力锥集成在终端内部，整体套装在电缆上；有的为分体式结构，使用单独的应力锥和伞裙组件，共同组成一个高压电缆终端。故障高压电缆属于分体式结构，增加的适配管为半导电材质，主要用于高压电缆半导电屏蔽层到应力锥的顺滑过渡，实现两者的组装；同时延长高压电缆半导电屏蔽层，实现与应力锥的无缝连接。
>故障分析
上述预制式高压电缆终端的结构特点说明，当应力锥和高压电缆半导电屏蔽层出现断点或者错位时，在不连续处就会出现应力集中点，最终导致绝缘故障的发生。两种应力锥定位不准确情况下的等位线及电场分布情况如图5所示。
本次高压电缆终端故障与图5所示的错位状态现象一致。因此可以确定此次故障的原因是应力锥与适配管发生错位，使高压电缆半导电屏蔽层无法通过适配管与应力锥顺滑连接、形成连贯的几何曲线，致使电场在错位点附近形成了应力集中点，绝缘材料接合面处发生局部放电，最终导致绝缘材料击穿、对地放电。
4、注意项点
根据此次高压电缆终端故障的分析及预制式高压电缆终端结构、原理可见，对于预制式高压电缆终端的使用，有两方面因素需要注意。
一方面，为达到长期有效控制电缆终端中电场分布的效果，需要保证应力锥的几何形状及应力锥与电缆主绝缘结合界面有足够的压强。应力锥为工厂预制，几何尺寸偏差小，但应力锥与电缆主绝缘结合面压强（即“握紧力”）取决于其与电缆本体的紧密配合状态，如握紧力难以保证，易导致沿结合面的界面放电。因此，在部件选型及安装前电缆主绝缘的预处理过程中需要密切关注电缆主绝緣及终端之间的配合状态。
另一方面，预制式高压电缆终端依靠过盈配合来实现与电缆的组装，在高压电缆组成随动车组投入使用后，日常维护过程中应密切关注各组件之间的相对位置，避免因组件发生错位而导致的绝缘故障。
5、结束语
预制式高压电缆终端由于结构简单、稳定性好，目前已在动车组、电力机车上广泛使用，但对分体安装的预制式高压电缆终端，需要注意应力锥的定位问题，避免其导致绝缘问题，影响动车组及电力机车的正常运行。
参考文献
[1] 刘子玉.电气绝缘结构设计原理.北京：机械工业出版社，1981.
[2] 卓金玉.电力电缆设计原理.北京：机械工业出版社，1994.
[3] 戴征宇，姜芸，罗俊华.预制型电缆附件沿面放电试验研究.高电压技术，2002，28（9）：7-8.
[4] 刘英，曹晓珑，孙淑霞.电缆终端型电场的应力控制材料及结构.电线电缆，2005，（1）：29-33.