高壓電力電纜典型缺陷分析

王連輝，張世煉

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司，福建 福州 350001)

0 引言

隨著城市化的發(fā)展，以架空線路為主的電力網(wǎng)絡(luò)不足以滿足核心區(qū)域的用電需求，架空線路的纜化入地顯得尤為重要，電纜入地不僅大幅度提升了周邊供電的可靠性,同時(shí)也進(jìn)一步美化了城市空間、道路景觀[1]。然而伴隨著電纜的廣泛應(yīng)用，電纜故障數(shù)量也隨之攀升。其中，高壓電力電纜故障因其停電范圍廣、故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等原因，對(duì)電網(wǎng)健康運(yùn)行和居民正常生活的影響尤為嚴(yán)重[2]。

1 電纜及其附件典型缺陷分析

高壓電力電纜護(hù)層接地方式主要包括單端接地、兩端接地、交叉互聯(lián)接地等。交叉互聯(lián)接地方式利用電纜三相護(hù)層換位連接的方式削弱護(hù)層上的感應(yīng)總電壓，從而有效抑制護(hù)層上的感應(yīng)電流，因此被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離電纜輸電系統(tǒng)中[3]。然而交叉互聯(lián)接地方式在實(shí)際工程中，受各種條件制約，往往難以實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)下的交叉互聯(lián)接地，施工過(guò)程可能難以滿足設(shè)計(jì)段長(zhǎng)平衡要求，出現(xiàn)電纜段長(zhǎng)不均勻問(wèn)題，導(dǎo)致接地環(huán)流不平衡乃至超標(biāo)。

1.1 安裝工藝質(zhì)量差

某變電站110 kV 及以上高壓電力電纜采用單芯結(jié)構(gòu)，工作電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)將在金屬護(hù)層上產(chǎn)生感應(yīng)電流，若護(hù)套通過(guò)大地形成通路，金屬護(hù)層上將產(chǎn)生接地環(huán)流。接地環(huán)流超標(biāo)(環(huán)流值大于50 A 或超過(guò)負(fù)荷電流的20 %或相間最大值/最小值大于3)不僅影響電纜載流量和使用壽命，環(huán)流引起的嚴(yán)重發(fā)熱會(huì)燒毀接地線或接地箱，消缺不及時(shí)可能會(huì)引發(fā)惡性電網(wǎng)事故[4]。

由某變電站電纜護(hù)層接地電流實(shí)測(cè)值(見(jiàn)表1)可知，接地環(huán)流不平衡問(wèn)題主要由電纜段長(zhǎng)不均勻引起，通過(guò)把交叉互聯(lián)系統(tǒng)接線方式改為金屬屏蔽層一端直接接地、另一端通過(guò)保護(hù)器接地方式后護(hù)層電流恢復(fù)正常。但是在電纜安裝中間接頭附件與防爆殼過(guò)程中，若技術(shù)人員存在僥幸心理，未嚴(yán)格把控工程質(zhì)量，使用型號(hào)不適配的中間接頭并粗暴地安裝防爆殼，容易出現(xiàn)護(hù)層接地線破損導(dǎo)致接地環(huán)流超標(biāo)等問(wèn)題。

表1 某變電站電纜護(hù)層接地電流實(shí)測(cè)值 單位：A

1.2 電纜附件老化

電纜附件的老化容易引起絕緣能力下降[5]，例如避雷器的法蘭與上端硅橡膠絕緣套連接處密封老化會(huì)導(dǎo)致密封不良，且避雷器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)緩慢吸入潮氣，引起閥片等部件受潮，閥片絕緣性能下降，造成避雷器發(fā)熱。根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，金屬氧化物避雷器溫差達(dá)到0.5～1 K，就需要停電進(jìn)行直流和交流試驗(yàn)，表2 為某變電站避雷器帶電檢測(cè)數(shù)值。

表2 某變電站避雷器帶電檢測(cè)數(shù)值 單位：A

由表2 可得，C 相全電流、阻性電流相較于其他兩相偏大，由此判斷C 相避雷器內(nèi)部絕緣電阻值下降，其原因可能是運(yùn)行年限較久導(dǎo)致避雷器老化發(fā)熱。

1.3 運(yùn)行工況惡劣

夏季多雨容易引起電纜通道內(nèi)積水潮濕，電纜中間接頭接地方式一般采用銅編織帶連接，若電纜接頭長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境，潮氣由接頭外保護(hù)玻璃鋼殼滲入銅編織帶與鋁護(hù)套焊接處就會(huì)產(chǎn)生氧化，導(dǎo)致脫焊、接地電阻升高，從而造成異常發(fā)熱。

天氣的極端變化也會(huì)導(dǎo)致電纜強(qiáng)度不足的終端尾管封鉛脫落。在安裝電纜終端時(shí)，封鉛工藝不良會(huì)導(dǎo)致封鉛不嚴(yán)實(shí)而造成局部脫鉛，形成較大縫隙，若此時(shí)氣溫起伏較大，也容易造成封鉛開裂。

1.4 電纜附件質(zhì)量差

電纜附件廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、施工工藝對(duì)電纜附件的正常運(yùn)行尤為重要[6]。避雷器端部防潮密封結(jié)構(gòu)(密封膠)失效、高壓電纜阻水緩沖層的質(zhì)量較差、封鉛施工工藝不良、外半導(dǎo)電層處理工藝不佳等均可能導(dǎo)致放電、發(fā)熱缺陷等。

對(duì)避雷器進(jìn)行試驗(yàn)，解剖發(fā)現(xiàn)避雷針內(nèi)部氧化鋅閥片外側(cè)存在白色斑點(diǎn)，疑為閃絡(luò)放電析出鋅白，然后進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多片氧化鋅閥片絕緣電阻為0，此時(shí)避雷器已不滿足泄漏電流要求，絕緣電阻值明顯下降。分析其原因主要為避雷器端部防潮密封結(jié)構(gòu)(密封膠)失效，潮氣進(jìn)入到絕緣筒內(nèi)部，引起閥片等部件受潮，導(dǎo)致絕緣性能降低并引起上半截發(fā)熱，屬產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

高壓輸電電纜的阻水緩沖層位于絕緣屏蔽層與皺紋鋁護(hù)套之間。緩沖層應(yīng)具有半導(dǎo)電特性及縱向阻水功能，然而許多電纜廠家對(duì)于阻水緩沖層的質(zhì)量把控不嚴(yán)，在運(yùn)行中出現(xiàn)的應(yīng)力、電化學(xué)腐蝕等，造成緩沖層、屏蔽層及鋁護(hù)套之間無(wú)法形成持久、連續(xù)、良好的電接觸，形成的局部高阻使電容電流泄放不均，在絕緣屏蔽層與鋁套之間產(chǎn)生局部過(guò)熱，最終造成半導(dǎo)電絕緣屏蔽燒蝕直至破壞絕緣屏蔽層。

實(shí)際上，阻水緩沖層相關(guān)的質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)缺失嚴(yán)重，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)要求偏低。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 60840-2011 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 30 kV (Um=36 kV) up to 150 kV(Um=170 kV)-Test methods and requirements、GB/T 11017—2014《額定電壓110 kV (Um=126 kV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》、IEC 62067-2011 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150 kV (Um=170 kV)up to 500 kV (Um=550 kV)-Test methods and requirements 等，僅對(duì)阻水緩沖層的作用進(jìn)行了籠統(tǒng)描述，未規(guī)定具體的電氣參數(shù)；JB/T 10259—2014《電纜和光纜用阻水帶》規(guī)定了緩沖層阻水帶的體積電阻率應(yīng)小于等于105，但該標(biāo)準(zhǔn)更側(cè)重于通信電纜和光纜，對(duì)高壓電力電纜阻水緩沖層材料的要求偏低。而且許多工程人員尚未在物資采購(gòu)階段重視此類缺陷的預(yù)防：一是某些工程未在高壓電力電纜設(shè)備物資采購(gòu)技術(shù)條件中明確阻水緩沖帶表面電阻率、體積電阻率等指標(biāo)的具體要求，也未要求制造企業(yè)隨電纜供貨一并提交阻水緩沖帶的檢測(cè)報(bào)告；二是未開展重要工程的高壓電力電纜阻水帶體積電阻率的質(zhì)量抽檢工作。

2 缺陷處置方法

2.1 加強(qiáng)采購(gòu)驗(yàn)收過(guò)程管控

在物資采購(gòu)階段，對(duì)供應(yīng)商質(zhì)量保證能力進(jìn)行調(diào)查并進(jìn)行評(píng)定，建立合格供應(yīng)商名錄。在電纜選型上，對(duì)于非潮濕或浸水環(huán)境中運(yùn)行的高壓電力電纜線路慎用阻水型電纜，排列方式優(yōu)先選用“一”字形排列，慎用“品”字形排列；并在局部范圍內(nèi)開展平滑鋁護(hù)套電纜的試點(diǎn)應(yīng)用，技術(shù)條件中應(yīng)明確直流電阻、絕緣性能、阻水緩沖帶表面電阻率、體積電阻率等關(guān)鍵指標(biāo)的具體要求，電纜附件接地連接部位均應(yīng)采用全搪鉛工藝，同時(shí)強(qiáng)化中間接頭防潮保護(hù)殼(玻璃鋼)兩側(cè)端部的防潮措施。電纜發(fā)貨前要求廠家截取盤內(nèi)部分電纜送相關(guān)單位檢測(cè)，到貨驗(yàn)收時(shí)提交相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告等。

2.2 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控

在電纜施工安裝過(guò)程中，建設(shè)單位、監(jiān)理部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜及附件安裝施工工藝的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理，明確現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范各項(xiàng)記錄，對(duì)關(guān)鍵部位做好影像記錄并留檔以便備查。設(shè)備運(yùn)維管理單位應(yīng)加強(qiáng)中間環(huán)節(jié)旁站監(jiān)督與質(zhì)量驗(yàn)收，確保電纜安裝工藝達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)維班組在日常運(yùn)維過(guò)程中應(yīng)定期對(duì)電纜接頭工井內(nèi)自動(dòng)排水設(shè)施進(jìn)行檢查與維護(hù)，保證其功能正常，并及時(shí)排除井內(nèi)積水，避免電纜中間接頭泡水、受潮；針對(duì)運(yùn)行年限較久的避雷器，應(yīng)對(duì)避雷器設(shè)備健康情況進(jìn)行評(píng)估，合理安排差異化巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)老舊避雷器上存在的缺陷，發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的避雷器應(yīng)適當(dāng)縮短巡視檢測(cè)周期，必要時(shí)進(jìn)行更換。在敷設(shè)安裝階段監(jiān)督施工單位采取措施，避免阻水緩沖層在安裝過(guò)程中受潮，防止因運(yùn)輸及敷設(shè)展放導(dǎo)致鋁護(hù)套嚴(yán)重變形使電容電流分布局部集中。

2.3 加強(qiáng)人員資質(zhì)管理

嚴(yán)格審查電纜附件安裝人員資質(zhì)，確保電纜附件安裝由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)考核、熟悉工藝的人員進(jìn)行，并嚴(yán)格控制安裝環(huán)境。電纜頭安裝人員進(jìn)場(chǎng)前，運(yùn)檢單位宜先行考察安裝人員撥切、打磨、搪鉛等技能，不符合要求的安裝人員，應(yīng)要求施工單位更換。

2.4 加強(qiáng)后期測(cè)試

在電纜運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)定期開展電纜環(huán)流檢測(cè)與接地回路電阻測(cè)試。環(huán)流數(shù)值能夠直觀反映電纜接地回路是否存在缺陷，且檢測(cè)操作簡(jiǎn)便。在條件適宜時(shí)，可配置環(huán)流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以減輕作業(yè)人員工作量，提高監(jiān)測(cè)分析效率。接地回路電阻數(shù)值可反映電纜銅屏蔽層腐蝕程度、附件中的導(dǎo)體連接點(diǎn)的接觸電阻變化情況，在例行試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)金屬屏蔽層電阻和導(dǎo)體電阻比測(cè)量與分析工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，從安裝工藝質(zhì)量、絕緣老化、運(yùn)行工況惡劣、本身材料質(zhì)量等四個(gè)方面對(duì)高壓電力電纜及相關(guān)附件典型的缺陷進(jìn)行分析，結(jié)合電纜缺陷典型案例，針對(duì)性地提出缺陷預(yù)防方法，包括加強(qiáng)采購(gòu)驗(yàn)收過(guò)程管控、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控、加強(qiáng)人員資質(zhì)管理、加強(qiáng)后期測(cè)試等措施，以此提升電纜運(yùn)行的安全可靠性，降低電纜故障發(fā)生率，從而保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行。