高壓電纜故障探討

摘要：隨著我國工業(yè)化進程的不斷加快，電力電纜得到了廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致電力電纜故障頻發(fā)。本文通過闡述電纜發(fā)生故障的原因、種類和故障測尋步驟，為確保電力電纜正常運行提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電纜故障 故障測尋 高壓電纜

隨著我國工業(yè)化進程的不斷加快，電力電纜得到廣泛的應(yīng)用，電纜數(shù)量成倍增長。在這樣規(guī)模龐大的電纜網(wǎng)絡(luò)中，受各種因素的影響，導(dǎo)致電纜故障頻發(fā)。因此，熟悉電纜故障發(fā)生的原因，了解電纜故障發(fā)生的種類，在一定程度上，確保電纜正常運行具有重要意義。

1 電纜發(fā)生故障的原因

電力電纜在生產(chǎn)、敷設(shè)、三頭工藝、附件材料、運行等環(huán)節(jié)，如果工作不到位都可能導(dǎo)致電纜產(chǎn)生故障。產(chǎn)生電纜故障的原因主要有：

1.1 機械傷害

因機械傷害引發(fā)的電纜故障，其形式主要表現(xiàn)為停電事故。通常情況下，電纜受到的機械損傷主要有：

①外力損壞。在進行地下管線施工、打樁、起重、轉(zhuǎn)運等意外損傷電纜。

②施工損傷。在牽引過程中因牽引力過大而拉傷電纜。絕緣層或屏蔽層因電纜彎曲過度遭到損傷。絕緣層和保護層因野蠻施工受到損傷等。

③自然損傷。穿越公路或鐵路以及靠近公路或鐵路并與之平行敷設(shè)的電纜，因行駛車輛的振動或沖擊性負荷，導(dǎo)致電纜外護套出現(xiàn)疲勞裂損。

1.2 絕緣受潮

通過絕緣電阻和直流耐壓試驗發(fā)生絕緣受潮故障，一般表現(xiàn)為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。造成絕緣受潮的原因有：

①電纜中間頭或終端頭密封不到位或者密封失效。

②電纜制造存在缺陷，電纜外護層有孔或裂紋。

③電纜護套被異物刺穿或被腐蝕出現(xiàn)穿孔。

1.3 絕緣老化

電纜運行過程中，出現(xiàn)不當在較短時間內(nèi)發(fā)生絕緣強度降低，形成這種現(xiàn)象的原因有：

①電纜選型不合理，導(dǎo)致電纜在過電壓下長期工作。

②電纜距離熱源較近，使電纜局部長期受熱出現(xiàn)老化。

③化學(xué)藥品對電纜絕緣層起不良化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致其發(fā)生老化。

1.4 過電壓

因雷擊或其他沖擊過電壓導(dǎo)致電力電纜發(fā)生故障。經(jīng)過現(xiàn)場研究分析，電纜被擊穿點存在嚴重的缺陷，這種出現(xiàn)故障的電纜自身的缺陷主要有：

①絕緣層出現(xiàn)氣泡、雜質(zhì)，以及絕緣油干枯。

②電纜內(nèi)屏蔽層出現(xiàn)節(jié)疤或者存在遺漏。

③電纜絕緣嚴重老化。

1.5 過熱

造成電纜過熱的原因主要有：

①電纜在過負荷下長期工作。

②電纜因火災(zāi)引發(fā)過熱，甚至被燒傷。

③長期接受其他熱源的熱輻射。

在電纜過熱故障中過負荷是直接誘因。電纜長期工作在過負荷的環(huán)境中，沒有考慮電纜溫升和整個線路情況，致使電纜發(fā)生過熱現(xiàn)象。例如電纜密集、電纜溝及隧道通風不良的地方，或者電纜穿在干燥的管中等，上述原因在一定程度上都會加速損壞電纜的絕緣層。經(jīng)過長期過熱后，橡塑絕緣電纜的絕緣材料出現(xiàn)變硬、變色、失去彈性、出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。對于油紙電纜表現(xiàn)為絕緣干枯、絕緣焦化，甚至出現(xiàn)一碰就碎的現(xiàn)象。另外，過負荷在一定程度上也會造成鉛包疲勞而受到損傷。對于大截面、長電纜來說，如果裝有灌注式電纜頭，在線脹系數(shù)方面，由于灌注材料與電纜本體材料之間存在較大的差異，容易發(fā)生脹裂殼體的現(xiàn)象。

1.6 電纜的質(zhì)量缺陷

在電纜線路中，電纜及電纜附件兩種材料質(zhì)量的優(yōu)劣，在一定程度上對電纜線路的安全運行產(chǎn)生直接的影響。在施工單位由于缺乏必要的專業(yè)知識，導(dǎo)致制作的電纜三頭存在較大的質(zhì)量問題。電纜的質(zhì)量缺陷歸結(jié)為：

①電纜本體存在質(zhì)量缺陷。油紙電纜鉛護套存在雜質(zhì)沙粒，以及電纜受到機械損傷以及壓鉛出現(xiàn)接縫等。在橡塑絕緣電纜主絕緣層的偏芯內(nèi)出現(xiàn)氣泡、雜質(zhì)等，節(jié)疤、遺漏在內(nèi)半導(dǎo)電層出現(xiàn)，沒有進行封端面處理使得電纜在儲運中導(dǎo)致線芯大量進水。上述缺陷通常情況下難以發(fā)現(xiàn)，其絕緣電阻低、泄漏電流大，甚至耐壓擊穿等，往往只在檢修或試驗中發(fā)現(xiàn)。

②電纜附件存在質(zhì)量缺陷。傳統(tǒng)三頭存在的質(zhì)量缺陷是鑄鐵件有砂眼，而瓷件的強度不夠強，并且組裝加工部分粗糙，以及防水膠圈規(guī)格不符合要求或出現(xiàn)老化等。熱縮和冷縮電纜三頭存在的質(zhì)量缺陷是絕緣管中有氣泡、雜質(zhì)、厚度不均勻，密封涂膠處出現(xiàn)遺漏等。

③電纜頭制作存在質(zhì)量缺陷。傳統(tǒng)三頭制作存在的質(zhì)量缺陷：絕緣層繞包不緊，存在空隙、密封不到位、絕緣膠配比不對等。熱縮三頭制作存在的質(zhì)量缺陷：處理半導(dǎo)電層不凈、安裝應(yīng)力管的位置不當、熱縮管的收縮不勻、安裝地線不牢等。預(yù)制電纜三頭安裝存在的質(zhì)量缺陷：剝切不精確、套裝絕緣件時剩余應(yīng)力過大等。

④電纜接地系統(tǒng)缺陷。電纜接地系統(tǒng)包括電纜接地箱、電纜接地保護箱（帶護層保護器）、電纜交叉互聯(lián)箱、護層保護器等部分。一般容易發(fā)生的問題主要是因為箱體密封不好進水導(dǎo)致多點接地，引起金屬護層感應(yīng)電流過大。另外護層保護器參數(shù)選取不合理或質(zhì)量不好氧化鋅晶體不穩(wěn)定也容易引發(fā)護層保護器損壞。

另外，拆卸舊電纜及附件應(yīng)用到電纜線路中，在一定程度上雖然有利于重新利用材料、節(jié)省資金，但影響設(shè)備完好率，該方法慎重對待。

1.7 設(shè)計不良

隨著科技的不斷發(fā)展，電力電纜逐漸完備，結(jié)構(gòu)與形式已趨于穩(wěn)定，但是電纜中間頭和終端頭的各種附件處于不斷地改進過程，由于新型電纜附件缺少足夠的運行數(shù)據(jù)在新設(shè)備、新材料、新工藝上選用時要慎重。為了避免造成大面積質(zhì)量事故，最好根據(jù)運行經(jīng)驗的成熟度，采取逐步推廣的方式使用。電力電纜在設(shè)計方面存在的弊?。?/p>

①防水效果不好。

②材料選用不合理。

③工藝流程不成熟不合理。

④缺乏足夠的機械強度。

2 電力電纜故障的種類

根據(jù)故障的性質(zhì)電纜線路故障可分為：

①低阻故障，也就是低電阻接地或短路時發(fā)生的故障。所謂低阻故障是指導(dǎo)體的連續(xù)性良好，但是電纜的一芯或數(shù)芯對地的絕緣電阻或者芯與芯之間的絕緣電阻小于100kΩ，被稱為低阻故障，通常情況下低阻故障分為單相接地、兩相短路或接地等。

②高阻故障，也就是高電阻接地或短路時發(fā)生的故障。所謂高阻故障是指導(dǎo)體連續(xù)性良好，但是電纜的一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或者芯與芯之間的絕緣電阻高于100kΩ，但是遠遠低于正常值被稱為高阻故障。通常情況下高阻故障分為單相接地、兩相短路或接地等。

③斷線故障。電纜中有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，但是其余各芯絕緣均良好，稱為斷線故障。

④斷線并接地或短路故障。電纜有一芯或者數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，經(jīng)過電阻接地或短路，被稱為斷線并接地或短路故障。

⑤泄漏性故障，是高阻故障極端形式，是指進行電纜絕緣預(yù)防性耐壓試驗時，隨著試驗電壓的升高其泄漏電流逐漸增大，直至超過泄漏電流的允許值。

⑥閃絡(luò)性故障，是高阻故障的另一種極端形式。所謂閃絡(luò)性故障是指進行電纜絕緣預(yù)防性耐壓試驗時，泄漏電流小而平穩(wěn)，當試驗電壓升高到尚未或者已經(jīng)達到額定試驗電壓時，泄漏電流驟然增大并迅速產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿。短期內(nèi)存在閃絡(luò)性故障的電纜，在較低的電壓下，可能會完全停止閃絡(luò)擊穿的現(xiàn)象并顯現(xiàn)良好的電氣性能。

3 電纜故障的測尋步驟

①確定故障性質(zhì)。

②故障點的燒穿。即通過燒穿將高阻故障或閃絡(luò)性故障變?yōu)榈妥韫收?，以便進行粗測。

③粗測，就是測出故障點到電纜任意一端的距離。粗測的方法有多種，一般可歸納為兩大類，一類是電橋法，另一類是脈沖發(fā)射法。

④敷設(shè)測尋故障電纜的路徑。其方法就是將音頻信號電流通入電纜中，通過接收機，利用接收線圈對此音頻信號進行接收。

⑤精測故障點（定點檢測），通過采用聲測、感應(yīng)、測接地電位等方法，對故障點的精確位置進行確定。

上述步驟只是一般性的測尋步驟，進行實際測尋時，要區(qū)別對待，例如，電纜敷設(shè)路徑的圖紙很準確時可以忽略測敷設(shè)路徑；對于高阻故障，利用閃絡(luò)法直接進行粗測等等。

4 電纜頭制作質(zhì)量缺陷引起的故障舉例

某110kV變電站360出線電纜為交聯(lián)單芯絕緣電纜，長度為230m，投運時間為2009年10月13日，2009年12月17日，發(fā)生A相電纜放電擊穿現(xiàn)象，且在B、C相電纜頭接地辮絕緣包封處變黑，查閱交接試驗報告未見異常，經(jīng)多方查閱有關(guān)資料認定，電纜頭上接地辮絕緣包封處變黑系電暈放電時吸附灰塵所致。經(jīng)分析造成這種現(xiàn)象可能是在電纜頭制作過程中，應(yīng)力管安裝位置不當、熱縮管收縮不均勻、地線安裝不牢造成電場分布不均勻，引起放電。鑒于以上情況，對B、C相電纜頭進行解體，發(fā)現(xiàn)兩相電纜應(yīng)力管安裝位置不當，與絕緣屏蔽層沒搭接，有一定的距離。這是一起典型的電纜頭制作不良引起的故障。在重新更換制作電纜頭，并將應(yīng)力管與絕緣屏蔽層接觸良好后，至今運行正常。

參考文獻：

[1]王潤卿，呂慶榮.電力電纜的安裝、運行與故障測尋[M].化學(xué)工業(yè)出版社出版，1994.

[2]張棟國.電纜故障分析與測試[M].中國電力出版社，2005.

[3]王晉麗.電纜故障的判斷和測試方法[J].中小企業(yè)管理與科技（上半月），2008（02）.

作者簡介：王少峰（1973-），男，山西天鎮(zhèn)人，2002年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，高級技師。