帶電檢測技術(shù)在電纜設(shè)備缺陷發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用

王 波，陳云飛，劉軍宇

（國網(wǎng)天津市電纜公司，天津 300170）

0 引言

電纜作為重要的電力設(shè)備，在城市化進(jìn)程中發(fā)揮著越來越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)中心、車站、主要道路等不宜于敷設(shè)架空線路的區(qū)域。與架空線路相比，電纜的敷設(shè)更為隱秘，發(fā)生故障后故障點(diǎn)的查找和修復(fù)也更加困難。為進(jìn)一步提高電纜的運(yùn)維管理水平、缺陷發(fā)現(xiàn)能力，諸多帶電檢測技術(shù)如紅外檢測、局部放電檢測、接地電流檢測等逐漸被廣泛應(yīng)用［1］。

截至2019 年底，天津地區(qū)在運(yùn)35 kV 及以上電纜線路長度超過5 000 km。經(jīng)統(tǒng)計，共發(fā)生35 kV 及以上電纜線路故障25 次。從設(shè)備類型來看，電纜本體故障13 次，終端故障4 次，中間接頭故障8 次；從故障原因來看，附件安裝質(zhì)量問題8 次，外力破壞6次，電纜本體擊穿7 次，火災(zāi)及異物導(dǎo)致跳閘4 次。而通過局部放電、環(huán)流、紅外等帶電檢測手段，發(fā)現(xiàn)異常達(dá)到149 處，其中局部放電異常35 處，環(huán)流異常101 處，紅外異常13 處。由此可以看出，帶電檢測技術(shù)在維護(hù)電纜設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮了巨大的作用，能夠有效降低停電事故的發(fā)生概率。

隨著近年來電纜敷設(shè)里程的增加，電纜設(shè)備故障類型和特點(diǎn)也在不斷發(fā)生變化。介紹一起110 kV 戶外電纜終端帶電檢測結(jié)果異常案例的分析及處理過程，通過對電纜終端解體確定了異常原因，并針對性地提出了反事故措施，為避免同類事件的發(fā)生提供參考。

1 設(shè)備概況

以某110 kV 線路為例，該線路為架空線—電纜混合輸電線路，全長1.177 km，其中一電纜段為A塔—甲變電站，采用單點(diǎn)直接接地的方式。接地系統(tǒng)如圖1 所示。其中，A 塔為充油套管式戶外終端，為直接接地側(cè)，甲變電站側(cè)為GIS 終端，采用保護(hù)接地的接地方式。該段電纜于2010 年11 月投運(yùn)，電纜型號為YJLW03－64／110－1×800 mm2。

圖1 接地系統(tǒng)

2 帶電檢測情況

2019 年6 月17 日夜間，在電纜周期性帶電檢測工作中，發(fā)現(xiàn)A 終端塔B 相尾管處溫度異常，溫度明顯高于其他兩相，檢測采用的設(shè)備為FLIR T630 紅外測溫儀。根據(jù)紅外成像，確定發(fā)熱點(diǎn)位于B 相尾管。

在檢測到發(fā)熱現(xiàn)象后，立即對該段電纜的接地電流進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)該線路A 塔至甲變電站電纜段三相接地電流全部偏高。為避免發(fā)生嚴(yán)重事故，排除設(shè)備缺陷隱患，隨即停電對該段電纜的接地方式進(jìn)行了檢查，對B 相電纜終端進(jìn)行了更換，并對原設(shè)備開展解體分析工作。

2.1 紅外檢測結(jié)果分析

對A 塔電纜終端進(jìn)行紅外檢測，發(fā)現(xiàn)終端本體、避雷器、線夾都無異常，只有B 相相終端尾管處溫度明顯偏高，三相終端的紅外熱像如圖2 所示。

根據(jù)紅外熱像圖所呈現(xiàn)的圖譜特征，三相尾管的區(qū)域的最高溫度出現(xiàn)在B 相電纜終端尾管處，為61.3 ℃，A、C 兩相溫度分別為22.4 ℃、23.0 ℃。B 相比A、C 兩相溫度分別高38.9 ℃、38.3 ℃。參照Q／GDW 11223—2014《高壓電纜狀態(tài)檢測技術(shù)規(guī)范》中5.1.3中高壓電纜線路紅外診斷依據(jù)： 金屬連接部位相間溫差≥10 K 判定為缺陷。可以認(rèn)定終端B 相尾管發(fā)熱異常為缺陷。

2.2 接地電流檢測結(jié)果分析

為防止盜割，天津地區(qū)所有戶外終端塔均采取銅排接地的方式，因A 塔戶外終端不具備對接地電流的檢測條件，故只對對側(cè)站內(nèi)電纜接地箱采用高頻鉗形電流傳感器對接地電流進(jìn)行檢測。檢測數(shù)據(jù)如表1 所示。

圖2 A 塔戶外終端紅外熱像

表1 站內(nèi)終端接地箱接地電流檢測數(shù)據(jù)

經(jīng)查詢，該段電纜長度773 m，無中間接頭。當(dāng)時負(fù)荷電流僅為96.3 A，站內(nèi)A、B、C 三相地線環(huán)流負(fù)荷比均超過50%。其中C 相絕對值高達(dá)77.3 A，負(fù)荷比高達(dá)80.27%，根據(jù)《高壓電纜狀態(tài)檢測技術(shù)規(guī)范》中的診斷依據(jù)，接地電流與負(fù)荷比值超過50%，判定為異常。按照規(guī)程判定為缺陷，應(yīng)停電檢查。

經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)，該110 kV 線路A 塔電纜終端和站內(nèi)電纜終端接地方式都為直接接地，分別如圖3、圖4 所示。

圖3 站內(nèi)電纜接地箱接地方式

圖4 A 塔電纜終端接地方式

正常情況下，根據(jù)DL／T 1253—2013《電力電纜線路運(yùn)行規(guī)程》中對金屬屏蔽（金屬套）和鎧裝接地方式的規(guī)定，單芯電纜金屬屏蔽在線路上至少有一點(diǎn)直接接地［2］。這是因為當(dāng)導(dǎo)體線芯流過交變電流時，金屬護(hù)套會在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與電纜的長度和流過的電流呈正比。為避免電壓過高造成擊穿，需將金屬護(hù)層接地。當(dāng)電纜長度較短時，可采取一端直接接地、另一端經(jīng)保護(hù)器接地的方式，如圖5 所示。而對于較長的電纜，一般采用交叉互聯(lián)的方式來降低護(hù)套上的感應(yīng)電壓。

圖5 單端接地方式

該線路A 塔到站內(nèi)的電纜段兩端的接地方式均為直接接地，電纜金屬護(hù)層兩端直接接地，與大地共同構(gòu)成閉合回路，在感應(yīng)電壓的作用下，產(chǎn)生了與負(fù)荷水平相接近的接地電流。過大的接地電流在造成電能損失的同時，還會造成熱量的積累，在金屬連接不緊密的部位尤為嚴(yán)重，甚至可能造成電纜設(shè)備擊穿、起火，造成停電事故的發(fā)生［3］。

2019 年6 月22 日，該110 kV 線路停電處理缺陷，在A 塔加裝過電壓限制器，使接地系統(tǒng)符合規(guī)程。整改后接地電流數(shù)值如表2 所示。

表2 整改后站內(nèi)終端接地箱接地電流檢測數(shù)據(jù)

由表2 中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)整改后，接地電流減小，符合要求。

3 電纜終端體情況

2019 年6 月22 日，停電處理缺陷，停電檢查并更換B 相電纜終端。經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)，B 相尾管與電纜金屬護(hù)套封鉛不良，已出現(xiàn)間隙，如圖6 所示。

由解體情況可知，因封鉛工藝造成的尾管與電纜金屬護(hù)套接觸不良，導(dǎo)致連接處電阻變大是造成此次發(fā)熱現(xiàn)象的主要原因，再加上線路兩端都為直接接地方式，流經(jīng)金屬護(hù)套的電流較大，從而導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。為處理此缺陷，作業(yè)人員重新封鉛，確保尾管與金屬護(hù)層接觸良好，并在A 塔加裝保護(hù)器，確保接地方式正常，減小了接地電流。

圖6 A 塔終端B 相尾管

4 反事故措施

封鉛作為高壓電纜附件制作關(guān)鍵工藝之一，一旦因安裝質(zhì)量不合格或在運(yùn)行中受振動等因素影響導(dǎo)致開裂，易造成設(shè)備受潮、進(jìn)水或接觸不良，若長時間在此狀態(tài)下運(yùn)行，易引發(fā)停電跳閘事故［4］。

渦流探傷是在電磁感應(yīng)工作原理基礎(chǔ)上，利用交變磁場接近導(dǎo)體材料產(chǎn)生渦狀電流，渦狀電流在導(dǎo)體材料中流動形成逆向磁場，該逆向磁場與原磁場實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡。當(dāng)金屬材質(zhì)不連續(xù)，存在開裂、劃痕等情況時，該平衡被打破，使得檢測線圈的阻抗發(fā)生變化，達(dá)到檢測金屬表面是否存在缺陷的目的，廣泛應(yīng)用于無縫焊接、冶金等領(lǐng)域［5］。近年來，逐步被應(yīng)用于檢測高壓電纜附件封鉛裂紋、孔洞等缺陷。國網(wǎng)天津公司也對部分線路進(jìn)行試點(diǎn)，開展渦流探傷工作。圖7 所示為站內(nèi)終端渦流探傷工作現(xiàn)場。

圖7 站內(nèi)終端渦流探傷

渦流探傷工作操作簡單，無須停電，但僅限于導(dǎo)體表面及近表面的檢測，存在一定制約。在實(shí)際應(yīng)用中還須結(jié)合現(xiàn)有的局部放電、紅外、接地電流檢測等帶電檢測手段，共同維護(hù)電纜設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

電纜終端因其復(fù)雜的絕緣結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場制作安裝易受工藝水平、環(huán)境條件等因素的影響。根據(jù)近年來對電纜設(shè)備周期性帶電檢測工作的整理，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱情況主要集中在電纜終端，接頭及部件連接處，也存在由于電纜本體外護(hù)套破損導(dǎo)致的局部發(fā)熱。

針對天津電網(wǎng)某110 kV 線路A 戶外終端塔帶電檢測發(fā)現(xiàn)的紅外異常，進(jìn)行了一系列的檢測分析工作，最終可得出結(jié)論為：

1）根據(jù)紅外熱像儀拍攝的紅外圖像，將缺陷定位在電纜終端尾管處，與解體發(fā)現(xiàn)的實(shí)際缺陷位置相吻合，驗證了帶電檢測結(jié)果的有效性。

2）解體發(fā)現(xiàn)電纜因封鉛工藝不良造成尾管與電纜金屬護(hù)套接觸電阻過大，加之接地方式錯誤是造成此次缺陷的根本原因。在長期運(yùn)行下，造成尾管嚴(yán)重發(fā)熱。

為避免此類問題的發(fā)生，除加強(qiáng)安裝施工過程中質(zhì)量把控，按周期開展電纜帶電檢測工作之外，還須在紅外檢測過程中加強(qiáng)對尾管處的觀測，防患于未然。在條件允許的情況下，可以針對性地對此類問題開展渦流探傷排除隱患。