10kV交聯(lián)電纜線路的故障分析及處理措施

賴嘉豪

摘 要：交聯(lián)電力電纜因其使用優(yōu)勢(shì)明顯而被廣泛應(yīng)用，避免其故障出現(xiàn)是一項(xiàng)重要的工作。為了降低交聯(lián)電纜運(yùn)行故障率，保障其安全運(yùn)行，分析了一起10 kV交聯(lián)聚乙烯電纜的故障原因，并提出了防止電纜故障的具體建議及對(duì)策，以期為相關(guān)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜；運(yùn)行管理；電纜故障；電纜終端

中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.123

近年來，隨著我國(guó)城市電網(wǎng)的不斷改造，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜以其優(yōu)越的電氣性能、耐熱性能和機(jī)械特性得以迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于輸電線路和配電網(wǎng)中，成為電纜中用途最廣、用量最大的產(chǎn)品之一。但由于載流能力強(qiáng)、電流密度大、缺乏完善的電纜運(yùn)行管理制度等，電纜故障頻頻發(fā)生，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，直接威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，如何預(yù)防和處理各種電纜故障，對(duì)電纜日常運(yùn)行維護(hù)實(shí)施有效的管理，是相關(guān)單位面臨的一大問題。

1 試驗(yàn)情況

1.1 絕緣電阻測(cè)量

絕緣電阻測(cè)量是指測(cè)量電纜的主絕緣電阻，通?？梢詸z查電纜絕緣是否老化、受潮，以及耐壓試驗(yàn)中暴露出來的絕緣缺陷。由于被試電纜均為新敷設(shè)電纜，因此，不存在老化問題。該項(xiàng)目主要用于判斷電纜主絕緣是否受潮、是否存在貫穿性的導(dǎo)電通道、電纜頭是否進(jìn)水、電纜終端制作質(zhì)量是否良好等。

1.2 直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)

直流耐壓試驗(yàn)與泄漏電流測(cè)量所施加的電壓不同、加壓時(shí)間不同、考核的目的不同。泄漏電流測(cè)量屬于絕緣特性試驗(yàn)，施壓較低，不會(huì)損傷絕緣，通過測(cè)量流過絕緣內(nèi)部的電導(dǎo)電流判斷絕緣的特性和缺陷情況；直流耐壓試驗(yàn)施壓較高，直接檢驗(yàn)絕緣的耐受情況，可檢查出危險(xiǎn)性較大的集中性缺陷，絕緣可能受到損傷甚至擊穿，因此，屬于破壞性試驗(yàn)的一種。由于二者的試驗(yàn)原理完全相同、接線基本相同，一般情況下，直流耐壓和泄漏電流測(cè)量會(huì)同時(shí)進(jìn)行。

試驗(yàn)時(shí)，在0.25Us、0.5Us、0.75Us下各停留1 min，泄漏電流值如表1所示。第一次試驗(yàn)時(shí)，A/BC及地的泄漏電流數(shù)據(jù)異常大，升至0.75Us時(shí)停止試驗(yàn)，降壓、斷電并放電。結(jié)合絕緣電阻測(cè)量數(shù)據(jù)，初步判斷A相絕緣存在較嚴(yán)重的受潮缺陷。對(duì)C相進(jìn)行試驗(yàn)，C/AB及地的泄漏電流在耐壓試驗(yàn)2 min之前正常，電流僅為十幾μA。但在耐壓試驗(yàn)第三分鐘時(shí)電流突然增大，且出現(xiàn)大范圍擺動(dòng)，進(jìn)而停止試驗(yàn)。

再次對(duì)A相進(jìn)行試驗(yàn)，泄漏電流起始值較大，為70 μA。在升壓過程中，電流值雖然在增大，但沒有出現(xiàn)迅速攀升的現(xiàn)象。因此，將電壓升至耐壓值，電流基本為170 μA。這個(gè)數(shù)值要比正常交聯(lián)電纜的泄漏電流大很多。根據(jù)A相、C相的情況，未繼續(xù)對(duì)B相進(jìn)行試驗(yàn)。

經(jīng)分析數(shù)據(jù)認(rèn)為，電纜絕緣內(nèi)部可能出現(xiàn)較為嚴(yán)重的放電通道或嚴(yán)重受潮的現(xiàn)象。在與電纜頭制作人員溝通后，了解到的情況證實(shí)了這種判斷。以往，在制作電纜頭的前幾天，當(dāng)?shù)卦霈F(xiàn)了暴雨天氣，地下配電室地板上有較深的積水。工作人員敷設(shè)完電纜后，未認(rèn)真密封電纜端頭，簡(jiǎn)單地用塑料布包裹后扔在了地板上，在地面積水后導(dǎo)致電纜端頭進(jìn)水。

1.3 諧振交流耐壓試驗(yàn)

當(dāng)所試驗(yàn)的電纜較長(zhǎng)時(shí)，以導(dǎo)體標(biāo)稱截面240 mm2的交聯(lián)聚乙烯電纜為例，假設(shè)電纜長(zhǎng)度為1 km，額定電壓為8.7/10 kV，單相電容量為0.343 μF/km。根據(jù)規(guī)程中的要求，其交接試驗(yàn)的耐壓水平為17.4 kV，采用工頻耐壓方法，則試驗(yàn)變壓器容量需達(dá)到94 kVA。

由此可見，不可能提供功率滿足要求的試驗(yàn)電源和試驗(yàn)變壓器。因此，工程中常采用串聯(lián)諧振的方法來對(duì)大電容電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置又分調(diào)感式和調(diào)頻式。我公司目前選用的是上海思源電氣公司生產(chǎn)的VFS串聯(lián)諧振成套裝置，其屬于常用的調(diào)頻方式，接線原理如圖1所示。

利用諧振電抗器和試品等值電容發(fā)生串聯(lián)諧振，從而在試品上獲得品質(zhì)因數(shù)Q倍的勵(lì)磁電壓，最終達(dá)到減容耐壓目的。

2 故障情況分析

找到存在的問題后，決定剝開電纜頭檢查具體情況。由于冷縮中間接頭剝切長(zhǎng)度較短，因此，應(yīng)使施工和操作工藝要求更高、更嚴(yán)格。由于其應(yīng)用時(shí)間較短，對(duì)該項(xiàng)新工藝的操作掌握存在很大的不足。在剝切電纜半導(dǎo)體屏蔽層時(shí)，刀痕過深，導(dǎo)致主絕緣層表面有傷痕，易積存氣隙。熱縮電纜頭與傳統(tǒng)電纜附件相比，具有體積小、重量輕、安全、可靠、安裝方便等特點(diǎn)。其符合GB 11033標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)期使用溫度范圍為-55～105 ℃，壽命長(zhǎng)達(dá)20年。

從檢查情況看，A相電纜頭端部進(jìn)水較多，在經(jīng)過兩次耐壓試驗(yàn)后，內(nèi)部水分引起了嚴(yán)重放電現(xiàn)象，熱縮護(hù)套內(nèi)部出現(xiàn)樹枝狀放電痕跡，已經(jīng)龜裂、受損。電纜端部主絕緣也產(chǎn)生了樹枝狀放電痕跡，出現(xiàn)了一道裂紋，絕緣損傷嚴(yán)重。

交聯(lián)電纜長(zhǎng)期浸泡在水中或處在濕度較大的環(huán)境中，運(yùn)行時(shí)絕緣會(huì)吸收環(huán)境中的水分，在電場(chǎng)作用下在絕緣中產(chǎn)生大量水樹，并逐漸使絕緣老化。當(dāng)水樹達(dá)到飽和時(shí)，絕緣性能和機(jī)械性能急劇下降，轉(zhuǎn)化為電樹，介質(zhì)損耗迅速增大，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。目前，國(guó)內(nèi)外研究水樹生長(zhǎng)機(jī)理的理論及觀點(diǎn)很多，得到廣泛認(rèn)同的主要有應(yīng)力作用、化學(xué)勢(shì)作用等。但無(wú)論采用哪種機(jī)理，水樹生長(zhǎng)的方向都是沿電纜徑向發(fā)展的，且本次試驗(yàn)的電纜是新安裝的電纜，并不存在長(zhǎng)期吸潮的問題，即使端部進(jìn)水，時(shí)間也僅有幾天，電纜并沒有投入運(yùn)行，因此，不會(huì)發(fā)展為水樹，也不會(huì)形成電樹放電。

放電的真正原因?yàn)椋弘娎|端部進(jìn)水后，由于工作人員未進(jìn)行烘干處理，絕緣各層之間殘留有較多的水分。在電纜穿人配電柜固定后及制作電纜的過程中，端頭始終下垂，水分倒流積聚在端部，在部分位置形成了連續(xù)的水膜。水為強(qiáng)極性介質(zhì)，直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，在外電場(chǎng)作用下含水的電纜絕緣各層界面電場(chǎng)分布嚴(yán)重畸變，界面電阻下降，產(chǎn)生大量導(dǎo)電離子，激發(fā)界面沿面放電。在直流耐壓試驗(yàn)中，A相泄漏電流隨電壓升高迅速增大，且強(qiáng)烈的放電導(dǎo)致試驗(yàn)過程中泄漏電流大幅擺動(dòng)。由于試驗(yàn)時(shí)外施電壓較高、時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致這種沿面放電能量較大，使熱縮外護(hù)套內(nèi)部水分較多處和端頭處發(fā)生龜裂，產(chǎn)生樹枝狀的放電痕跡。

樹枝狀放電原因與以上分析基本相同，也是沿面放電引起的。由于端頭更易積聚水分，且電場(chǎng)分布更不均勻。端頭絕緣表面的橫向深溝是因工作人員制作電纜頭時(shí)剝切電纜不小心劃傷了絕緣、未嚴(yán)格按要求重新剝切電纜，積聚大量的水分后產(chǎn)生了放電現(xiàn)象。

C相絕緣在試驗(yàn)中處于正常狀態(tài)，但在耐壓試驗(yàn)過程中泄漏電流突然增大。耐壓試驗(yàn)開始一段時(shí)間后，某處積聚一定量的水分后引起了沿面放電，導(dǎo)致泄漏電流急劇增大并大幅度擺動(dòng)。

3 故障處理

由于進(jìn)水嚴(yán)重，決定將三相熱縮頭全部剝開拆掉，使電纜頭下垂，用螺絲刀適度撐開電纜外護(hù)層，將水分控干，干燥后重新制作電纜頭。經(jīng)過1 d控水后，剝開的電纜外護(hù)層內(nèi)部積聚有水分，表明內(nèi)部進(jìn)水嚴(yán)重；繼續(xù)控水1 d，考慮電纜長(zhǎng)度余量足夠又截掉了1 m，沖洗剝切電纜頭。為了安全起見，剝切電纜后制作了熱縮頭前，電纜頭在裸露的情況下進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)量、泄漏電流測(cè)量和直流耐壓試驗(yàn)?；竞细窈?，重新制作了熱縮頭，再次試驗(yàn)，上述試驗(yàn)項(xiàng)目均合格。

試驗(yàn)日期為2011-08-20，溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為68%.試驗(yàn)時(shí)室外天氣為陰天，有零星小雨，電纜另一頭在室外露天放置，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，A相、C相泄漏電流值偏大，且各相在耐壓試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（3 min），泄漏電流均達(dá)到或接近最大值，表明內(nèi)部仍然有一定的水分。雖然交接試驗(yàn)可以認(rèn)為合格，但在運(yùn)行中應(yīng)注意多觀察、巡視。

4 相關(guān)建議

4.1 電纜敷設(shè)敷

各種電纜應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝和規(guī)范要求敷設(shè)，在敷設(shè)完成后可密封電纜端頭，以免進(jìn)水或受潮。本次故障的主要原因是施工人員技術(shù)水平和規(guī)范操作的意識(shí)較差，認(rèn)識(shí)不到電纜頭密封的重要性，在下雨后又未及時(shí)采取補(bǔ)救措施，導(dǎo)致電纜端頭進(jìn)水。電氣安裝、檢修公司等部門應(yīng)該從中汲取教訓(xùn)。

4.2 電纜頭制作

電纜頭制作人員應(yīng)增強(qiáng)自身的責(zé)任心和規(guī)范意識(shí)，在明知電纜進(jìn)水情況下，未采取除潮、除水措施，僅鋸掉2 m電纜就盲目地認(rèn)為不存在問題，匆忙地制作電纜頭，導(dǎo)致電纜頭試驗(yàn)不合格，這樣既耽誤了時(shí)間，也浪費(fèi)了人力和物力。

交聯(lián)電纜試驗(yàn)XLPE電纜交接或預(yù)防試驗(yàn)的直流耐壓試驗(yàn)項(xiàng)目一直存在較大爭(zhēng)議。由于XLPE絕緣具有的特殊性質(zhì)，多數(shù)研究人員認(rèn)為進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)可能是不合適的。長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)XLPE絕緣中逐步形成了水樹枝、電樹枝，導(dǎo)致絕緣老化，并伴隨有整流效應(yīng)。這種效應(yīng)導(dǎo)致樹枝端頭積聚的電荷難以消散，進(jìn)而加劇電纜樹枝化。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，10 kV交聯(lián)電纜的故障大部分發(fā)生在電纜接頭部位，它是電纜線路運(yùn)行的最薄弱環(huán)節(jié)，也是我們避免電纜線路故障發(fā)生的關(guān)鍵。保障交聯(lián)電纜線路的安全、可靠運(yùn)行，是個(gè)多方面、多環(huán)節(jié)的問題，關(guān)鍵在于做好前期的預(yù)防措施，從選型、設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行管理等各環(huán)節(jié)人手，從根本上降低電纜故障率，保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]孔祥星.10 kV交聯(lián)電纜線路的故障分析及防范措施[J].城市建設(shè)理論研究，2011（23）.

〔編輯：張思楠〕