初探鋼鐵廠高壓電力電纜故障分析及診斷處理

索鵬程

（1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002；2.河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067002）

大部分的鋼鐵廠高壓電纜線路比較多，并不利于進(jìn)行日常檢修維護，因此一旦發(fā)生故障將直接影響高壓線路的正常運行。鋼鐵廠高壓電力電纜出現(xiàn)故障的原因有很多，如外力破壞、電纜質(zhì)量問題、超負(fù)荷運行、絕緣失效、環(huán)境干擾等。而且隨著冶金行業(yè)的不斷發(fā)展高壓電力電纜的應(yīng)用會不斷增加，為進(jìn)一步保證鋼鐵廠高壓電力電纜的正常運行，高效的故障分析與診斷技術(shù)發(fā)展是非常必要的。

1 鋼鐵廠高壓電力電纜在運行中的常見故障

1.1 低阻力故障

低阻故障的產(chǎn)生主要是由于絕緣材料損壞，使絕緣電阻達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。在測量這種故障時可用低壓脈沖法測量。低阻性故障最常見的地方是電力電纜和控制電纜。另外，鋼鐵廠高壓電力電纜在實際運行過程中所發(fā)生的短路故障也可以看作是低阻故障，但這種故障形態(tài)特殊由于缺乏明顯的使用變現(xiàn)易被人們忽視。

1.2 高阻故障

與低阻故障一樣，電纜的絕緣損傷是造成此類故障的一個重要原因。鋼鐵廠高壓電力電纜發(fā)生這種故障后，絕緣電阻值會比正常情況下要大，因此，低壓脈沖法在測量高電阻故障時很難發(fā)揮其作用。高壓線一般都會發(fā)生高阻斷故障，據(jù)調(diào)查，高壓線故障80%以上發(fā)生在高壓線的連接位置。高阻故障可分為閃絡(luò)型高阻故障和泄漏型高阻故障兩大類，二者的發(fā)生概率均較高，屬于鋼鐵廠高壓電力電纜中的常見故障。

1.3 斷路故障

斷路故障指的高壓電纜直接出現(xiàn)斷線問題，主要是指高壓電力電纜在實際使用過程中，因受各種內(nèi)部和外部因素的影響，使其金屬部件不能連續(xù)工作而造成電纜運行停滯。在進(jìn)行斷路絕緣電阻數(shù)值測量時，一般會得到無限大的測量值，雖然電阻值可在一定范圍內(nèi)，但是此時電纜本身沒有足夠的負(fù)載能力，在工作過程中出現(xiàn)電壓會逐漸散失，很難平穩(wěn)地到達(dá)終點。與此同時，一旦發(fā)生此類故障，斷路位置的電纜絕緣性能也會出現(xiàn)問題。除了線纜本身的斷路外，斷路器故障是斷路中最常見的故障之一，因此對斷路器故障與線纜斷路都需要引起高度重視。

2 鋼鐵廠高壓電力電纜在運行中的故障分析

2.1 電纜本身質(zhì)量問題

目前國內(nèi)低壓電纜的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，因此大多數(shù)低壓電纜在工藝生產(chǎn)和設(shè)計制造方面不會出現(xiàn)問題。多數(shù)情況下，部分鋼鐵廠高壓電力電纜會存在著電纜質(zhì)量問題，這是高壓電力電纜在使用過程中發(fā)生故障的主要原因。隨著市場競爭的加劇為了有效控制生產(chǎn)和銷售成本，部分企業(yè)在生產(chǎn)和設(shè)計電力電纜時為了增加效益，往往沒有按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，缺乏對高壓電力電力電纜的質(zhì)量監(jiān)管。比如，在生產(chǎn)中的選材工作重視不夠，導(dǎo)致最終產(chǎn)品損壞、氣隙、雜質(zhì)超標(biāo)、偏心等問題，比如一些常見的生產(chǎn)問題，在高壓電力電纜的制造過程中由于絕緣部件沒有被完全包覆而造成了絕緣損壞；在電纜設(shè)計過程中由于沒有完全按照相關(guān)技術(shù)要求操作而造成的漏電；以及由于電纜附件粗制濫造和工藝表面光滑度不足而影響到電纜的正常運行。一旦出現(xiàn)上述質(zhì)量問題并且進(jìn)入實際使用環(huán)節(jié)，電力事故的發(fā)生機率將大大增加，危害我國經(jīng)濟水平及人民生命財產(chǎn)安全。

2.2 電纜施工技術(shù)規(guī)范

鋼鐵廠高壓電力電纜的鋪設(shè)過程也是影響質(zhì)量的重要因素，如果不嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工，很容易造成電纜表面的損壞，在電纜運輸、搬移過程中缺少防護措施，安裝前沒有對電纜進(jìn)行全面檢查，從而嚴(yán)重影響高壓電力電纜本身的絕緣性。線纜表面損壞后一旦投入使用，在相對潮濕的環(huán)境下線纜內(nèi)部存在進(jìn)水問題，從而進(jìn)一步加快了絕緣體損壞的速度，使線纜壽命大大縮短，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)潮濕斷路問題導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰，嚴(yán)重影響人們正常的生產(chǎn)生活。

2.3 電纜缺乏穩(wěn)定運行環(huán)境

當(dāng)前，很多冶金企業(yè)為了滿足鋼鐵廠的用電需求在大多數(shù)情況下，鋼鐵廠高壓電力電纜都是在超負(fù)荷工作狀態(tài)下運行，而長時間、高負(fù)荷的工作狀態(tài)下缺乏全面檢測。另外，在使用過程中電纜的熱管和導(dǎo)管還會出現(xiàn)交叉問題，導(dǎo)致電纜運行壓力在溫度升高環(huán)境下長期運行。如果電纜的相關(guān)部分暴露在空氣中，而外界空氣溫度、濕度較高，電纜就會長時間處于過熱、潮濕狀態(tài)，加速電纜外部保護材質(zhì)的老化，使電纜絕緣性能受到嚴(yán)重影響，極易引發(fā)高壓電纜擊穿事故。事實上，在鋪設(shè)電纜的過程中，如果電纜周圍的工作環(huán)境有較強的腐蝕性，電纜表面的保護層就會老化加快，當(dāng)老化加劇到一定程度時就會產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，從而增加了短路問題的發(fā)生。

2.4 電纜機械損傷受力因素

電纜在生產(chǎn)、運輸、安裝都會接觸到各種外力因素，因此電纜材料容易受到機械損傷，在實際操作過程中，50%以上的事故都是由外力因素引起的。一般情況下，受外力作用引起的電纜機械損傷主要有三種：第一種是由人工打樁和機械開挖所致的電纜機械損傷，其原因主要是施工過程中沒有仔細(xì)檢查圖紙；第二種是固定電纜安裝不夠牢固，在摩擦和拉扯的作用下產(chǎn)生故障，這種問題發(fā)生在移動設(shè)備上的概率比較高；第三種是地面被重物碾壓，導(dǎo)致電纜變形錯位，從而引發(fā)故障，這種問題在直埋電纜上普遍存在的概率較高。

3 高電壓電力電纜故障的診斷和處理方法

3.1 聲測量

聲測是指當(dāng)高壓電力電纜發(fā)生故障時，用放電和聲測結(jié)合的方法來尋找故障點。這種方法主要用于查找電纜芯線閃絡(luò)放電故障原因。聲測應(yīng)用過程中，需要借助直流耐壓試驗裝置對電纜中的電容進(jìn)行充電，當(dāng)其電壓值達(dá)到一定程度時，測試機放電的位置就會放電到電纜故障部位的芯線，此時故障部位的芯線又會對電纜絕緣層進(jìn)行放電，同時伴隨著“滋滋”電流聲，此時就可以通過聲音位置進(jìn)行故障點確定，對于地面上的電力電纜維修人員可以通過聽覺發(fā)現(xiàn)故障部位；如果電纜被埋在地下，維修人員則需先確定電纜故障聲音的方向，然后在相對安靜的環(huán)境中，利用醫(yī)用聽診器、助聽器等相關(guān)設(shè)備，即將設(shè)備靠近地面，仔細(xì)地尋找電纜故障的距離，如有“滋滋”聲，則屬于電纜故障部位。用聲學(xué)探查高壓電找電纜故障源時，維護人員應(yīng)注意人身安全，同時應(yīng)配備專人對電纜終端及設(shè)備終端進(jìn)行監(jiān)控。

3.2 容量電流測試法

無論是電纜與地面接觸，還是相鄰兩根電纜之間接觸，當(dāng)運行時都會產(chǎn)生較大電容。而且電容在電纜均勻分布時可以被用來進(jìn)行故障檢測，當(dāng)電容與電纜長度成正比時可以進(jìn)行電容電流的測量。就可以有效地確定故障點。常用的電流測定需要用到：電容電流測量的交流毫安表，單相調(diào)壓器和交流電壓表。故障診斷時，首先要借助交流毫安表，測量高壓電力電纜總段內(nèi)各芯線的電容流值，然后再測量電纜末端芯線的電容流值，再計算出全芯線與斷線芯線的電容流比，并對斷線芯后的大概位置做出判斷。在實際測量中，需要多測量幾次減少測量誤差，找出故障點，既要保證電流表讀數(shù)的正確，又要準(zhǔn)確測量電纜總長度。

3.3 高壓閃絡(luò)技術(shù)

這種方法主要用于高阻故障診斷，它利用直流高壓發(fā)生器把負(fù)直流高壓加到故障處，這時故障位置的電容會持續(xù)升高，當(dāng)故障點兩端的電容差異造成電壓過大時就可能出現(xiàn)間歇性放電接觸現(xiàn)象，當(dāng)電壓升高到一定高度時，故障點會發(fā)生閃絡(luò)放電，造成瞬間的電纜短路，并在測點處產(chǎn)生跳躍電壓波往復(fù)傳輸，從而計算出故障點的位置，這用故障檢測對于人員技術(shù)要求較高，需要對電壓釋放量有準(zhǔn)確的把控，并根據(jù)跳躍電流的傳輸情況進(jìn)行位置測算。

3.4 低電壓脈沖法

該方法主要用于診斷低阻故障或斷路故障，其原理是根據(jù)中波傳輸和反射原理，將故障電纜視為平均傳輸線且每一點阻抗相等。因故障點處阻抗會發(fā)生變化，脈沖波在電纜一端產(chǎn)生折射或反射，使電纜產(chǎn)生低壓脈沖波，利用脈沖波返回的間隔，從而診斷出故障點的位置。

4 鋼鐵廠高壓電力電纜的故障預(yù)防

4.1 實行輪班制故障排查

對鋼鐵廠高壓電力電纜實施有效的故障預(yù)防措施至關(guān)重要。很多時候的電纜故障都發(fā)生在交接班的時候，因此本班值班員在即將下班時，要做好各項工作的交接。如檢查設(shè)備器具，詳細(xì)記錄運行情況，整理運行數(shù)據(jù)，做好崗位衛(wèi)生清潔等。在此基礎(chǔ)上，員工得到相應(yīng)的服務(wù)。同時，在交班過程中，需要主動提供指導(dǎo)，尤其是設(shè)備的運行狀況，交班時要詳細(xì)說明情況，工作完成后才能下班。特殊設(shè)備在接班后應(yīng)及時檢查。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)維修管理方法

在變壓器運行過程中，工作人員應(yīng)結(jié)合電纜的狀態(tài)檢修管理制度，對具體操作進(jìn)行落實，并注意電纜的空載變壓，確保電壓偏差控制在科學(xué)的范圍內(nèi)，這樣，變壓器在空載狀態(tài)下，輸出電壓才能保持穩(wěn)定。對直流回路的操作，在對電力電纜進(jìn)行狀態(tài)檢修時，由于安全隱患較大，操作人員應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定操作，不能因電纜系統(tǒng)有直流保護系統(tǒng)而隨意操作，同時要加強自我責(zé)任意識，確保直流回路操作規(guī)范，使系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。倒閘屬于較常規(guī)的狀態(tài)檢修環(huán)節(jié)，在具體操作中，要正確填寫倒閘作業(yè)票，并做好設(shè)備的狀態(tài)檢修管理，才能保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。此外，還需對對接線路的安裝進(jìn)行管理。一般設(shè)備在使用電氣設(shè)備時，都會產(chǎn)生靜電感應(yīng)電壓，應(yīng)正確地消除設(shè)備的電壓負(fù)荷，而在使用電力電纜系統(tǒng)裝接地線時，應(yīng)注意使用絕緣棒、戴絕緣手套、正確地接地線端子，這樣才能保證接地效果增強使用安全。

5 結(jié)論

電力電纜是整個電力系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)內(nèi)容之一，它在長時間的運行過程中，會產(chǎn)生大量的故障問題，對這些故障的查找比較復(fù)雜和困難。發(fā)現(xiàn)電壓故障的原因，并采取正確的處理方法，可促進(jìn)電纜工作效率的全面提高，對提高電纜使用可靠性起到重要作用。