電力電纜故障分析與檢測(cè)技術(shù)研究

李 鵬

（鄭州供電公司，河南鄭州 450003）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力能源的需求與日俱增，電力能源供應(yīng)呈現(xiàn)直線遞增趨勢(shì)。為此，我國(guó)針對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活的實(shí)際需要，不斷加強(qiáng)電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中電力電纜的使用量大幅增加。從城市長(zhǎng)期發(fā)展的角度來(lái)看，電力電纜一般選擇地下掩埋的方式鋪設(shè)，以節(jié)約城市的公共空間，并達(dá)到美觀實(shí)用的效果[1]。然而，受電力電纜設(shè)計(jì)、材料、管理等諸多因素影響，各種故障問(wèn)題也頻繁發(fā)生，給社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大制約和影響。尤其是現(xiàn)階段正值電力能源發(fā)展上升期，如何進(jìn)一步優(yōu)化電力電纜安全水平，采用更為先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，增強(qiáng)檢測(cè)的精準(zhǔn)度和整體效力，已經(jīng)成為行業(yè)重點(diǎn)研究的課題，這對(duì)于經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展也至關(guān)重要。

1 電力電纜安全事故回顧

根據(jù)電力電纜的規(guī)劃設(shè)計(jì)，以及相關(guān)的安裝標(biāo)準(zhǔn)要求，城市大部分電力電纜選擇地下埋設(shè)方式。由于其施工技術(shù)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，能夠利用地下良好的散熱性，降低外部環(huán)境急劇變化對(duì)電力電纜產(chǎn)生的影響，有助于延長(zhǎng)其使用壽命和降低管理的難度。然而，電力電纜相關(guān)的安全事故也時(shí)有發(fā)生，如2016 年3 月樂(lè)園甲乙線35 kV 線路電纜起火，并且迅速蔓延，導(dǎo)致B 相電纜外護(hù)套燒毀，線芯熔斷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，電纜中間頭與兩端恒力彈簧完好，電纜頭兩端外護(hù)套向兩端收縮，使外半導(dǎo)裸露。后經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)，該段電力電纜線路老化嚴(yán)重，并且多次發(fā)生接地、短路等故障，使該線路絕緣性能下降，長(zhǎng)期處于亞健康運(yùn)行狀態(tài)，如不加緊處理并全面檢測(cè)，勢(shì)必引發(fā)更大的安全事故。

2 引發(fā)電力電纜故障的常見(jiàn)影響因素

2.1 電力電纜接頭因素

在電力電纜的設(shè)計(jì)中，為了滿足不同區(qū)域、線路的電力能源輸送需求，通常會(huì)設(shè)置一定數(shù)量的接頭。同時(shí)，在電力電纜的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，也會(huì)預(yù)留相應(yīng)的接頭以便于施工作業(yè)。而在實(shí)際的使用過(guò)程中，由于電力電纜的接頭存在故障隱患，當(dāng)接頭絕緣層受到不同程度損壞時(shí)，各電力電纜之間會(huì)產(chǎn)生連接問(wèn)題，加之絕緣密封不到位，都會(huì)成為誘發(fā)電力電纜故障的直接因素。即便在短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)明顯故障表現(xiàn)，但久而久之其絕緣性能下降速度將顯著快于正常接頭，且受周邊復(fù)雜外部環(huán)境的影響，必然會(huì)成為故障的主要誘因。

2.2 電力電纜腐蝕因素

電力電纜的性能參數(shù)來(lái)看，出于對(duì)電力電纜應(yīng)用安全性的考慮，其外部會(huì)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)層，有利于抵御外部潮濕環(huán)境對(duì)金屬材料的腐蝕。但由于大部分電力電纜為地下埋設(shè)，除了周邊潮濕環(huán)境影響之外，往往還會(huì)涉及諸多的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)長(zhǎng)期與電力電纜接觸后，會(huì)加速電力電纜保護(hù)層的老化，使外部保護(hù)層性能大幅下降，一旦面對(duì)高負(fù)荷的電力需求時(shí)，會(huì)使電力電纜難以承受，從而導(dǎo)致短路、火災(zāi)、爆炸等安全事故。由此可見(jiàn)，電力電纜腐蝕故障已成為必須重視的問(wèn)題。

2.3 電力電纜材料因素

目前，電力電纜多以銅芯電纜為優(yōu)先選擇，利用銅的高導(dǎo)電性和低損耗性，能夠?yàn)槌鞘须娏δ茉摧斔吞峁┝己帽Ｕ?。但由于電力電纜規(guī)模的大幅增加，在材料的應(yīng)用上也出現(xiàn)了參差不齊的現(xiàn)象，部分施工單位為追求經(jīng)濟(jì)利益，往往會(huì)忽視對(duì)電力電纜材料的控制，缺少必要的技術(shù)檢測(cè)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致部分材料以次充好，無(wú)法滿足長(zhǎng)期使用的要求。在材料的采購(gòu)環(huán)節(jié)，也會(huì)缺少對(duì)電纜品質(zhì)的比較，導(dǎo)致部分劣質(zhì)電纜流入市場(chǎng)。

2.4 電力電纜工藝因素

伴隨現(xiàn)代材料技術(shù)的發(fā)展，電力電纜的生產(chǎn)工藝已經(jīng)日益成熟，但仍然無(wú)法杜絕一些工藝缺陷，如在生產(chǎn)制造的過(guò)程中，對(duì)于管理機(jī)制把控不嚴(yán)，使電力電纜出現(xiàn)設(shè)計(jì)或技術(shù)缺陷。其中，包括生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)缺乏、生產(chǎn)人員專業(yè)不強(qiáng)等，均可以使其在生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)出現(xiàn)隱患，如果被應(yīng)用于實(shí)際的工程建設(shè)之中，必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，縮短電力電纜的使用壽命。

3 電力電纜故障檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 測(cè)聲檢測(cè)技術(shù)

該檢測(cè)技術(shù)屬于一種較為常用且簡(jiǎn)便的技術(shù)方法，主要是利用直流耐壓測(cè)試設(shè)備，通過(guò)絕緣物質(zhì)向電纜芯線進(jìn)行有序放電，當(dāng)達(dá)到相應(yīng)的電壓強(qiáng)度時(shí)，檢測(cè)其火花產(chǎn)生時(shí)的聲音頻率[2]。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于，可以打破傳統(tǒng)的觀察限制，只要符合測(cè)聲檢測(cè)的范圍，均可以采取這種方式，尤其對(duì)地下埋設(shè)的電力電纜具有良好的適用性，通過(guò)助聽(tīng)設(shè)備對(duì)聲音變化的判斷，以此來(lái)快速確定電力電纜故障部位，極大地降低了故障檢測(cè)的成本和時(shí)間，快速實(shí)現(xiàn)對(duì)故障線路的維護(hù)工作。

3.2 紅外熱像檢測(cè)技術(shù)

根據(jù)電流在電力電纜中的傳導(dǎo)原理可知，當(dāng)電力電纜承受較大負(fù)荷的電力傳輸時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，電力電纜的溫度也會(huì)隨之上升，可以利用紅外熱像檢測(cè)技術(shù)對(duì)電纜故障進(jìn)行分析，即通過(guò)專用紅外熱像設(shè)備對(duì)電力電纜溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其溫度值異常時(shí)，則可以確定其故障部位，從而快速判斷故障位置以進(jìn)行維修[3]。該檢測(cè)技術(shù)具有良好的安全性和可靠性，屬于當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)中的常用手段。

3.3 高壓電橋檢測(cè)技術(shù)

高壓電橋檢測(cè)技術(shù)是利用恒流電源擊穿電纜故障位置。其故障的判斷要素為當(dāng)電橋電源流動(dòng)性大時(shí)，會(huì)使線路兩端出現(xiàn)電位差值，并利用所檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，以此來(lái)判斷故障點(diǎn)的距離差。該檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有不俗的表現(xiàn)，它可以擴(kuò)展電橋高阻檢測(cè)的范疇，使電力電纜的故障部位被精準(zhǔn)確定，使電力電纜維修的效率大幅提升。

3.4 二次脈沖檢測(cè)技術(shù)

二次脈沖檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)向故障電纜發(fā)送高強(qiáng)度脈沖，使電纜故障位置被擊穿來(lái)增加故障位置電弧時(shí)間[4]。在此時(shí)間點(diǎn)內(nèi)可對(duì)二次脈沖觸發(fā)器和電纜檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行引發(fā)，利用一系列的脈沖檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備對(duì)其電壓波動(dòng)形態(tài)特征，以及電弧反射波長(zhǎng)度進(jìn)行判斷分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，使電力電纜的故障部位得到確定。

3.5 低壓脈沖檢測(cè)技術(shù)

電力電纜短路現(xiàn)象是常見(jiàn)的故障類型之一，為實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜故障問(wèn)題的高效判斷，可以采用低壓脈沖檢測(cè)技術(shù)判斷電纜的低阻故障問(wèn)題。在疑似故障位置利用相關(guān)設(shè)備釋放低壓脈沖，使之能夠被順利傳送至阻抗點(diǎn)，再結(jié)合電波反射所呈現(xiàn)的變化，對(duì)波型進(jìn)行全方位測(cè)算，從而更加精準(zhǔn)地判斷故障形式或位置。如發(fā)現(xiàn)發(fā)射脈沖與反射脈沖呈相反狀態(tài)，則表明電纜存在低阻和短路故障，反之則表明存在終端端頭短路故障。

4 優(yōu)化電力電纜故障防范的具體措施

4.1 加強(qiáng)電力電纜施工水平

電力電纜涉及到社會(huì)電力能源安全，必須要選擇專業(yè)化的施工技術(shù)及團(tuán)隊(duì)，全面確保電力電纜工程的整體質(zhì)量，絕不能容許任何潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)以往電力電纜事故分析，大部分電力故障往往是在施工階段形成的，一旦產(chǎn)生故障問(wèn)題，不僅會(huì)增加維修的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，還會(huì)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)不利影響。為避免各類電力電纜故障的頻繁發(fā)生，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)施工環(huán)節(jié)的管理，加強(qiáng)施工人員的專業(yè)培訓(xùn)工作，保證相關(guān)技術(shù)人員持證上崗，及時(shí)對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，相關(guān)專業(yè)設(shè)備的應(yīng)用必須科學(xué)合理，滿足電力電纜工程建設(shè)的要求。在驗(yàn)收階段要充分檢測(cè)，確保其運(yùn)行質(zhì)量和安全性。

4.2 注重電力電纜材料管控

保證材料安全是電力電纜安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，從各類電力運(yùn)行故障中發(fā)現(xiàn)，絕緣保護(hù)層故障屬于高發(fā)故障。受電力電纜材料質(zhì)量的影響，電纜保護(hù)層極易產(chǎn)生破損、腐蝕、斷裂、擠壓等情況，同時(shí)還包括設(shè)計(jì)、工藝、性能參數(shù)等影響，使電力電纜的使用壽命大幅縮短，當(dāng)面對(duì)相對(duì)惡劣的運(yùn)行環(huán)境時(shí)，極易產(chǎn)生運(yùn)行故障。為此，在實(shí)際管理中要加強(qiáng)材料管控，從采購(gòu)、運(yùn)輸、施工、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，充分把好電力電纜的材料關(guān)，設(shè)置不同環(huán)節(jié)的技術(shù)性能檢測(cè)機(jī)制，保證電力電纜材料的閉環(huán)管理，讓不符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求的材料無(wú)法被應(yīng)用于實(shí)際工程之中，保證電力電纜的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

4.3 引入電力電纜智能檢測(cè)

在科技水平快速發(fā)展的時(shí)代，要充分借助現(xiàn)代科技優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)電力電纜故障的分析與管理，尤其是在大規(guī)模的應(yīng)用背景下，要采取智能化的管控措施，建立智能化電力設(shè)施設(shè)備管理平臺(tái)，實(shí)施全方位、遠(yuǎn)程化的管理。比如，在各個(gè)電力電纜的關(guān)鍵部位設(shè)置傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)收集電力電纜及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行信息，再將相關(guān)信號(hào)反饋至控制中心，完成對(duì)其運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)及時(shí)處理，可大幅降低發(fā)生嚴(yán)重故障的概率[5]。針對(duì)日常的電力電纜維護(hù)，在建立規(guī)范化管理制度的同時(shí)，可以引入先進(jìn)的智能檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)各類先進(jìn)設(shè)備對(duì)電力電纜絕緣、連接、溫度等信息進(jìn)行檢測(cè)，快速判斷潛在的故障點(diǎn)和故障類型，從而提前實(shí)施處置維護(hù)，避免電力故障的產(chǎn)生。

5 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)電力能源的持續(xù)供應(yīng)，必然要解決好電力電纜方面的故障問(wèn)題，采取科學(xué)有效的手段避免故障風(fēng)險(xiǎn)。尤其要關(guān)注電力電纜的施工環(huán)節(jié)、材料應(yīng)用、技術(shù)檢測(cè)等方面，切實(shí)挖掘潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，使電力電纜故障防患于未然，全面提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保證安全性和穩(wěn)定性，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。