配電電纜三年來故障分析及防范措施

【摘 要】配電網(wǎng)采用電纜供電是今后城鎮(zhèn)供電的發(fā)展方向，由于制造技術(shù)和施工、運(yùn)行等諸多因素，電纜故障時有發(fā)生，影響安全用電。結(jié)合三門峽地區(qū)近三年來電纜故障情況，經(jīng)過統(tǒng)計分析，從設(shè)計、施工、運(yùn)行等方面研究電纜故障原因，提出有效的防范措施，大幅提高電纜的安全運(yùn)行時間，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】電力電纜；故障；措施；防范

1前言

近年來城鎮(zhèn)化成為發(fā)展的大趨勢，新興企業(yè)和居民用電負(fù)荷快速增長，10kV配電架空線路向多回路、大截面方向發(fā)展，但架空線路與城區(qū)整體規(guī)劃、道路建設(shè)、城市綠化等沖突增多，促使電力電纜快速發(fā)展，采用電力電纜將是今后城鎮(zhèn)供電的發(fā)展方向。電力電纜是進(jìn)行電能傳輸與分配最為有效的載體[1]，但在方便供電的同時，故障率遠(yuǎn)超架空線路，同時故障難以查找和處理，統(tǒng)計和研究電纜故障，采用切實(shí)可行的防范措施是設(shè)計、施工和運(yùn)行單位面臨的長期課題。

2電力電纜故障統(tǒng)計

與架空線路相比電力電纜具有絕緣可靠、施工方便、占用通道少、運(yùn)行維護(hù)簡單、并能美化城市環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[2]，在電網(wǎng)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，但電纜在運(yùn)行過程中因制造質(zhì)量、安裝敷設(shè)、外力破壞等原因易引起故障，同時電纜故障輕則引起供電中斷，重則引起火災(zāi)或人員傷亡事故常造成較大損失。通過對三門峽地區(qū)2012-2014年間26次電纜故障情況進(jìn)行統(tǒng)計，引起故障的主要原因由產(chǎn)品質(zhì)量、施工工藝、外力破壞和高電壓過負(fù)荷四方面造成的，所占比例超過96.2%。

3電纜故障分析

3.1產(chǎn)品質(zhì)量問題

電纜本身的質(zhì)量問題主要有電纜本體和絕緣老化兩種原因，由于目前設(shè)備招標(biāo)常采用最低價中標(biāo)，致使某些電纜廠家使用不合格或劣質(zhì)原材料，電纜保護(hù)層有雜質(zhì)、氣泡或厚度不均勻等情況[3]。如2013年9月10-11日，在黃河路、上陽路連續(xù)發(fā)生兩次電纜故障，經(jīng)查所用電纜外層絕緣皮厚度不夠，絕緣強(qiáng)度不足，造成夏季負(fù)荷高峰期電纜擊穿。

電纜老化現(xiàn)象存在問題較多，主要是：

（1）電纜長期在高溫或高電壓作用下易產(chǎn)生局部放電，引起絕緣老化；（2）部分電纜受運(yùn)行環(huán)境影響，長期浸泡在水中或水分侵入，使絕緣纖維產(chǎn)生水解，在電場集中處形成“水樹枝”現(xiàn)象，造成絕緣擊穿。

據(jù)統(tǒng)計，在電纜使用1-5年內(nèi)是最容易發(fā)生運(yùn)行故障的時間段，電纜附件質(zhì)量不好、電纜護(hù)層和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問題是主要矛盾，電纜本體和附件運(yùn)行后5-25年穩(wěn)定時期，電纜本體樹枝狀會因?yàn)楹粑?yīng)而沿面放電進(jìn)而老化擊穿是運(yùn)行主要故障；運(yùn)行大于25年后，樹枝狀老化現(xiàn)象嚴(yán)重發(fā)生，電力電纜運(yùn)行故障大幅上升。

3.2施工工藝問題

施工工藝問題主要有接頭制作不規(guī)范和作業(yè)造成電纜機(jī)械損傷兩種。據(jù)統(tǒng)計在2014年中有3起因接頭原因引起電纜故障，2起為終端頭故障，1起為電纜中間接頭故障。由于電纜絕緣材料和電纜頭材質(zhì)材料不同，熱脹冷縮系數(shù)不同，長期運(yùn)行電纜和電纜頭間產(chǎn)生間隙，發(fā)生樹狀爬電，引發(fā)電纜放電擊穿[3]；電纜頭制作工藝不規(guī)范，剝離半導(dǎo)體時損傷電纜絕緣，或半導(dǎo)體剝離長度不夠，絕緣表面存在微粒、灰塵、水蒸汽等雜質(zhì)，導(dǎo)致接頭制作出現(xiàn)工藝和操作缺陷，使得電纜絕緣強(qiáng)度不夠，造成運(yùn)行時會在薄弱環(huán)節(jié)處絕緣擊穿[4]；施工隊伍在電纜敷設(shè)過程中未按要求和施工規(guī)范進(jìn)行，用力不當(dāng)或牽引力過大，使用的敷設(shè)工具不當(dāng)或野蠻施工等原因造成電纜的機(jī)械損傷，特別是目前電纜施工在穿越道路時多采用頂管敷設(shè)方式，在長距離頂管敷設(shè)時，牽引力量過大常常會對電纜造成損傷，有些損傷很輕微當(dāng)時未造成故障，要在數(shù)月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展到鎧裝、鉛護(hù)套穿孔，潮氣侵入導(dǎo)致?lián)p傷部位崩潰形成故障[5]，這類故障在10kV電纜居多。

由幾年的運(yùn)行分析來看，電纜施工敷設(shè)安裝時不規(guī)劃施工，容易造成機(jī)械損傷，在直埋電纜上搞土建施工極易將運(yùn)行中的電纜損傷，若損傷不嚴(yán)重，要在幾個月甚至幾年才會導(dǎo)致?lián)p傷部位徹底擊穿形成故障，有時破壞嚴(yán)重可能發(fā)生短路故障，直接影響安全用電。

3.3外力破壞

三年來三門峽地區(qū)10kV電纜故障外力破壞13起占50%，外力破壞為電纜故障的主要原因，如2014年3月份在進(jìn)行仰韶大街拓寬工程中，Ⅱ韶城電纜一周之內(nèi)被挖掘機(jī)挖斷2次。近幾年來由于城市建設(shè)項目開工較多，市政建設(shè)的不斷發(fā)展，在道路、管道、房屋建設(shè)中施工機(jī)械大量使用，施工單位在不明地下管線情況下施工或有些素質(zhì)不高施工隊野蠻施工，經(jīng)常對電纜造成破壞，導(dǎo)致供電中斷。

3.4高電壓、過負(fù)荷運(yùn)行

電纜在實(shí)際運(yùn)行過程中會遇到各種情況，有時候會遭到雷擊、高溫、諧振等現(xiàn)象，這時候電纜內(nèi)電壓會急劇升高，導(dǎo)致電纜溫度升高，超過電纜能承受的溫度引起絕緣迅速老化，造成電纜故障。

因新增負(fù)荷等原因造成電纜長期過負(fù)荷運(yùn)行，超負(fù)荷運(yùn)行，由于電流的熱效應(yīng)，負(fù)載電流通過電纜時必然導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱，同時電荷的集膚效應(yīng)及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質(zhì)損耗也會產(chǎn)生附加熱量，從而使電纜溫度升高，長期超負(fù)荷運(yùn)行時，過高的溫度會加速絕緣老化，以至絕緣擊穿，特別是在炎熱的夏季，外部溫度加上電纜自身的溫度，往往會造成電纜薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)一定的損壞，主要與表現(xiàn)在以下方面：

（1）導(dǎo)線接點(diǎn)損壞；（2）加速電纜保護(hù)絕緣的老化；（3）使電纜鉛包膨脹；（4）使電纜終端頭絕緣膠膨脹脹裂。

4制定有效的防范措施

4.1嚴(yán)格設(shè)計提高標(biāo)準(zhǔn)

減少電力電纜故障的首要措施是在圖紙設(shè)計階段提高電纜的設(shè)計要求。只有在設(shè)計中高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，重視電纜的選型，結(jié)合具體安裝位置、負(fù)荷，設(shè)計不同的敷設(shè)方式：

（1）如直埋電纜多采用鋪沙蓋磚方式，但當(dāng)電纜穿越道路或易施工路段時，可考慮鋪沙蓋水泥板方式，有效增大電纜保護(hù)面積和強(qiáng)度，同時密設(shè)電纜標(biāo)志樁，減少外力破壞；

（2）避免電纜經(jīng)過高溫、腐蝕、潮濕地區(qū)；

（3）選用高一級型號，選擇有質(zhì)量保障的廠家，可對招標(biāo)提出合理建議，同時結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃考慮負(fù)荷發(fā)展裕量，按1.3-1.5倍裕量選擇電纜盡量滿足負(fù)荷增長需要，避免電纜過負(fù)荷現(xiàn)象出現(xiàn)；

（4）嚴(yán)重污穢地區(qū)，增加電纜增加接護(hù)管的長度或絕緣強(qiáng)度。

4.2嚴(yán)把質(zhì)量環(huán)節(jié)避免不良產(chǎn)品使用

用電安全關(guān)系人民生命財產(chǎn)安全，不可以小失大，在選擇電纜材料時應(yīng)選用質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的合格產(chǎn)品，從招標(biāo)入手，入庫檢查、現(xiàn)場檢驗(yàn)、試驗(yàn)調(diào)試等各個環(huán)節(jié)嚴(yán)控質(zhì)量，杜絕不合格產(chǎn)品進(jìn)入電力市場；根據(jù)電網(wǎng)不同的運(yùn)行環(huán)境選擇合適的電纜[6]，在電纜材料和電纜頭的材料選擇都要適宜本地區(qū)氣候特點(diǎn)，特殊地方使用的電纜如防火用電纜應(yīng)選耐火阻燃型，電纜存在受力時可選用鋼絲鎧裝型等，才能有效提高運(yùn)行時間和運(yùn)行效率，確保運(yùn)行安全。

4.3加強(qiáng)施工管理建立四級負(fù)責(zé)制

電纜施工的好壞直接影響著電纜的運(yùn)行壽命，應(yīng)把電纜作業(yè)列入特種作業(yè)，嚴(yán)格按照國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和廠家說明書施工，加強(qiáng)監(jiān)理指導(dǎo)，在電纜施工中建議實(shí)行四級負(fù)責(zé)制，一是電纜運(yùn)輸、落地交接負(fù)責(zé)制；二是現(xiàn)場監(jiān)理，帶班責(zé)任人簽收制；三是施工人員現(xiàn)場管控，質(zhì)量核準(zhǔn)制；四是送電前運(yùn)行檢修交接制。通過四級負(fù)責(zé)制，從電纜入庫、交接、施工、試驗(yàn)、驗(yàn)收、交接等環(huán)節(jié)層層把關(guān)，消除在施工制作環(huán)節(jié)存在的問題，避免人為因素造成電纜帶病運(yùn)行，最大限度的保證電纜施工質(zhì)量和運(yùn)行完好。

4.4規(guī)范運(yùn)行管理建立安全保障體系

電纜施工完畢后及時采取保護(hù)措施，如在電纜通道上采取明顯標(biāo)識如標(biāo)識牌、標(biāo)志樁等，對電纜加以保護(hù)，避免外力破壞；建立調(diào)度電纜負(fù)荷監(jiān)控運(yùn)行記錄，對運(yùn)行中的電纜嚴(yán)禁過負(fù)荷，負(fù)荷高峰期安排專人進(jìn)行電纜巡檢，必要時對電纜關(guān)鍵部位進(jìn)行紅外測溫，發(fā)現(xiàn)故障及時處理；每年組織專家對電纜運(yùn)行記錄進(jìn)行分析，判斷電纜運(yùn)行情況及使用壽命，對運(yùn)行超過20年年限的電纜，要及時安排資金進(jìn)行更換。

5結(jié)語

電力電纜的重要性和安全性必將引起供用電各方關(guān)注和重視，電纜的安全運(yùn)行是保障安全用電的前提條件，因此電纜故障問題是大家重視和研究的方向。本文結(jié)合三門峽地區(qū)近三年來電纜故障類型，從分析故障原因入手，在設(shè)計、施工、運(yùn)行等方面提出一些解決電纜故障的有效措施，希望對提高電纜安全運(yùn)行有所幫助。

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[6]白云，淺析電力電纜故障查找及處理方法[J]，中國科技博覽，2014（06）：407。

第一作者簡介：

董青峰：1976年9月，男，工程師，從事電力工程規(guī)劃設(shè)計工作10年。