王傳旭

（廣東電網(wǎng)東莞供電局，廣東 東莞 523000）

近年來(lái)，高壓電纜在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已投入運(yùn)行的110kV及以上電壓等級(jí)的電力電纜線路已經(jīng)超過(guò)5000條，最高電壓等級(jí)已達(dá)500kV。對(duì)全國(guó)主要城市一百多家電力電纜運(yùn)行維護(hù)單位的電力電纜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)和故障原因分析后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)電力電纜故障率仍高出發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)倍。電力電纜線路和多數(shù)電力設(shè)備一樣，投入運(yùn)行初期（1～5年內(nèi)）容易發(fā)生故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和敷設(shè)安裝工藝的問題；運(yùn)行中期（5～25年內(nèi)），電纜本體和附件基本進(jìn)入穩(wěn)定期，線路運(yùn)行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應(yīng)進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電；運(yùn)行后期（25年后），電纜本體絕緣樹枝老化、電-熱老化以及附件材料老化加劇，使電力電纜運(yùn)行故障率大幅上升[1-2]。

1 電纜故障的分類

電纜故障性質(zhì)與類別的正確識(shí)別與判斷，不僅對(duì)于故障點(diǎn)的快速檢出十分重要，而且便于有針對(duì)性地對(duì)各種狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置和選擇，同時(shí)也是采取有效措施防范電纜故障的基礎(chǔ)。目前電纜故障通常采用以下幾種方式進(jìn)行分類。

1.1 按故障部位的分類

根據(jù)故障部位劃分，可以將電纜故障分為本體故障、接頭故障、終端頭故障、接地系統(tǒng)故障。

1）電纜本體故障

電纜本體是電纜的核心部件，也是最容易受到破壞的地方，而且由于其距離長(zhǎng)，敷設(shè)安裝在封閉的空間，出現(xiàn)故障之后也不容易及時(shí)排除。工程實(shí)踐中，電纜的缺陷和故障很大一部分發(fā)生在電纜本體。

機(jī)械損傷。這類故障大約占電纜本體故障的一半以上。這類故障對(duì)電網(wǎng)影響大，造成的后果比較嚴(yán)重。常見的有市政道路施工等直接外力造成的破壞；敷設(shè)過(guò)程中電纜受力過(guò)大或者彎曲過(guò)度造成其局部絕緣降低或者電纜鎧裝層斷裂；電纜穿越公路、鐵路及高大建筑物時(shí)，由于地面的下沉而使電纜垂直受力變形，導(dǎo)致電纜破裂甚至折斷，或者造成電纜中間接頭內(nèi)部絕緣降低而導(dǎo)致發(fā)生擊穿；由地質(zhì)災(zāi)害、低溫等自然力造成的損壞，這個(gè)在電纜故障中所占比例較小。

化學(xué)損傷。造成電纜過(guò)熱的原因主要是電纜的過(guò)負(fù)荷。電纜溝或者電纜隧道內(nèi)通風(fēng)不良，電纜排布不合理，或是電纜周圍介質(zhì)導(dǎo)熱性能差，以及在熱力管附近敷設(shè)電纜或熱電同隧道架設(shè)，都將大大縮短電纜的壽命。

過(guò)電壓破壞。包括諧振過(guò)電壓對(duì)電纜的破壞，小電流接地系統(tǒng)對(duì)電纜的影響以及雷電過(guò)電壓。

電纜自身缺陷。電纜制造過(guò)程中，在包纏主絕緣層時(shí)出線褶皺或者裂損會(huì)造成其絕緣性能降低，電纜鎧裝層不合格也會(huì)造成其內(nèi)部絕緣層或者外絕緣的損壞。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)這些受損點(diǎn)就比較容易造成絕緣擊穿。

2）電纜接頭故障

對(duì)于長(zhǎng)距離供電電纜或者當(dāng)電纜出現(xiàn)故障修復(fù)后，電纜都會(huì)產(chǎn)生連接頭，即中間接頭。通常電纜故障的相當(dāng)一部分為接頭故障，其表現(xiàn)性質(zhì)各不相同。電纜接頭故障一般都出現(xiàn)在電纜絕緣屏蔽斷口處，因?yàn)檫@里是電應(yīng)力集中的部位，并且以多相對(duì)地泄漏性高阻故障居多數(shù)。因制造原因?qū)е码娎|接頭故障的原因有應(yīng)力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等。

3）電纜終端頭故障

無(wú)論電纜長(zhǎng)短，肯定存在終始端兩個(gè)接頭。電纜終端頭的制作工藝不良，頻繁啟動(dòng)所產(chǎn)生高次諧波，都可能加速電纜終端頭的絕緣老化。此外還有空載線路合閘時(shí)產(chǎn)生的影響，包括自動(dòng)重合閘和正常的合閘操作，電線路檢修或其他停電后恢復(fù)供電。斷路器重合前的電壓為0，在開關(guān)合閘空載線路時(shí)，由于觸頭間的電位差使間隙擊穿而接通電路，對(duì)絕緣產(chǎn)生破壞。

4）電纜接地系統(tǒng)

保護(hù)電力電纜線路安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要措施就是接入電力電纜接地系統(tǒng)。電纜接地系統(tǒng)主要由電纜接地箱、接地保護(hù)箱（帶護(hù)層保護(hù)器）、交叉互聯(lián)箱、護(hù)層保護(hù)器等部分構(gòu)成。最常見的問題是由于箱體密封不良進(jìn)水從而引起電纜多點(diǎn)接地，導(dǎo)致金屬護(hù)層感應(yīng)電流過(guò)大。除此之外護(hù)層保護(hù)器參數(shù)選取不正確，或質(zhì)量不好的氧化鋅晶體也容易導(dǎo)致護(hù)層保護(hù)器損壞。

1.2 按故障的性質(zhì)劃分電纜故障

根據(jù)故障點(diǎn)絕緣電阻值的大小，我們可以將電纜故障簡(jiǎn)單地分為開路故障、低阻故障和高阻故障[11]。當(dāng)然我們還可以細(xì)分為單相開路故障，相間開路故障。

1）開路故障

電纜相間或相對(duì)地的絕緣電阻值處于規(guī)定的范圍值之內(nèi)，但其工作電壓不能傳輸?shù)诫娎|終端，或雖然終端有電壓，但負(fù)載能力較差，這類故障我們稱之為開路故障。

2）低阻、接地故障

電纜相與相之間或相對(duì)地之間的絕緣受損，會(huì)導(dǎo)致其絕緣電阻減小。而當(dāng)絕緣電阻過(guò)?。ㄐ∮?0倍電纜特性阻抗）時(shí)，我們稱之為低阻故障。這類故障可采用低壓脈沖反射法進(jìn)行測(cè)量。

倘若電纜相間或相對(duì)地的絕緣電阻明顯低于正常值，但是大于10倍的電纜特性阻抗時(shí)，我們稱之為高阻故障。高阻故障一般不能采用低壓脈沖反射法進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)故障的具體表現(xiàn)性質(zhì)，高阻故障又可分為泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障。

1.3 其他故障分類方法

此外，還可以根據(jù)故障外觀特性分類：外露性故障和封閉性故障；根據(jù)故障材料分類：串聯(lián)故障（金屬材料缺陷）、并聯(lián)故障（絕緣材料缺陷）、復(fù)合故障（絕緣材料、金屬材料都出現(xiàn)了缺陷）；根據(jù)故障責(zé)任分類：人員過(guò)失、設(shè)備缺陷、自然災(zāi)害、正常老化、外力損壞、腐蝕、用戶過(guò)失及新產(chǎn)品新技術(shù)的試用等。

2 高壓電纜故障統(tǒng)計(jì)

根據(jù)廣東電網(wǎng)某電纜運(yùn)行單位2002年至2012年10年間其管轄范圍內(nèi)110kV及以上電壓等級(jí)的電纜故障記錄，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。期間發(fā)生電纜故障總共28起，其中外力破壞15起，電纜本身運(yùn)行擊穿故障10起，原因不明故障3起，如圖1所示；按照發(fā)生部位統(tǒng)計(jì)，電纜終端故障5起，接頭故障4起，接地系統(tǒng)2起，電纜本體故障17起，如圖2所示。

圖1 按照故障性質(zhì)統(tǒng)計(jì)

圖2 按照故障部位統(tǒng)計(jì)

3 電纜故障原因分析

根據(jù)近十年來(lái)國(guó)內(nèi)66kV以上電壓等級(jí)電纜線路故障記錄，若按照故障的起因進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，則因外力破壞造成的故障占總數(shù)的32.05%，敷設(shè)施工工藝不達(dá)標(biāo)占21.24%，電纜及附件設(shè)備質(zhì)量問題占26.64，這些是導(dǎo)致電纜故障的三個(gè)主要原因，其他原因占 20.07%[3]。

3.1 電纜設(shè)備質(zhì)量原因

目前高壓電纜制造在原材料及設(shè)備工藝方面已經(jīng)接近成熟，且電纜在出廠前需進(jìn)行嚴(yán)格的交流耐壓試驗(yàn)，所以由于電纜設(shè)備質(zhì)量出現(xiàn)問題的概率比較小。一般電纜生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內(nèi)有雜質(zhì)、內(nèi)外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻、電纜受潮、密封不良等。有些情況比較嚴(yán)重，可能在竣工試驗(yàn)中或投運(yùn)后不久即會(huì)出現(xiàn)故障，但是大部分會(huì)在電纜系統(tǒng)中以缺陷形式長(zhǎng)期存在，對(duì)電纜的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。

3.2 設(shè)計(jì)、敷設(shè)施工原因

我國(guó)的電纜設(shè)計(jì)知識(shí)主要是在交流和實(shí)踐過(guò)程中從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外廠家學(xué)習(xí)來(lái)的，一些設(shè)計(jì)院的專業(yè)電纜設(shè)計(jì)部門還在工作中不斷總結(jié)改進(jìn)，電纜設(shè)計(jì)整體水平仍需提高。已經(jīng)暴露出來(lái)的電纜設(shè)計(jì)的缺陷包括電纜防震保護(hù)措施不足，終端引下線過(guò)長(zhǎng)，電纜上塔位基礎(chǔ)設(shè)計(jì)缺陷、終端構(gòu)架平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不穩(wěn)固等。

電纜尤其是接頭部分對(duì)施工環(huán)境和施工工藝的要求比較高，而施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、灰塵等環(huán)境條件以及施工人員的技術(shù)工藝水平等往往難以滿足要求。因施工質(zhì)量原因造成的嚴(yán)重缺陷一般在投運(yùn)前的竣工試驗(yàn)時(shí)或投運(yùn)后一兩年內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)故障，而一些小的問題可能就成為長(zhǎng)期安全運(yùn)行的隱患。采用專業(yè)的施工隊(duì)伍和加強(qiáng)接頭安裝人員的技術(shù)工藝水平和質(zhì)量意識(shí)是減少電纜故障的重要保障。

3.3 外部原因

1）外力損傷

這種故障主要由于施工不規(guī)范引起的。特別是在高速發(fā)展的城市建設(shè)中，相當(dāng)一部分電纜故障都是由于機(jī)械外力損傷導(dǎo)致的。比如敷設(shè)安裝時(shí)不規(guī)范施工，容易造成電纜的機(jī)械損傷；在直埋電纜上進(jìn)行市政、土建施工也極易對(duì)運(yùn)行中的電纜造成損傷。

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2）絕緣受潮和化學(xué)腐蝕

絕緣受潮和化學(xué)腐蝕是電纜故障比較正統(tǒng)的故障原因。它和電纜周圍的環(huán)境有關(guān)，定期的巡查和環(huán)境記錄的統(tǒng)計(jì)整理，都有助于減少電纜因受潮和受腐蝕而產(chǎn)生的故障。

3）長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行

電纜在超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于電流的熱效應(yīng)，負(fù)載電流會(huì)引起導(dǎo)體過(guò)熱，而且電荷的集膚效應(yīng)和鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質(zhì)損耗也會(huì)產(chǎn)生額外的熱量，從而使電纜溫度持續(xù)升高。長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高溫將會(huì)加快絕緣的老化。

4 高壓電纜狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)手段分析

當(dāng)前，高壓電纜的狀態(tài)檢測(cè)包括各種離線和在線檢測(cè)方法，具體可以分為例行巡檢、預(yù)防性試驗(yàn)和診斷性檢測(cè)三大部分。其中常規(guī)的巡檢項(xiàng)目包括：外觀檢查、帶電測(cè)試外護(hù)套接地電流；預(yù)防性試驗(yàn)包括：終端溫度檢測(cè)、主絕緣絕緣電阻檢測(cè)、外護(hù)套絕緣電阻檢測(cè)、交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗(yàn)、電纜主絕緣交流耐壓試驗(yàn)[10]；診斷性檢測(cè)項(xiàng)目包括：電纜運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)、局放在線監(jiān)測(cè)、介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)等。除巡視外，其他檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的電纜狀態(tài)檢測(cè)方法如表2所示。

在本文1.1節(jié)，我們按照發(fā)生位置不同，將電纜故障進(jìn)行分類，與之相應(yīng)，電纜各部件也對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)檢測(cè)方法，見表1。

表1 電纜不同部件對(duì)應(yīng)的狀態(tài)檢測(cè)方法

在1.2節(jié)，我們將電纜故障劃分為開路故障、低阻故障和高阻故障。在工程實(shí)踐中，低阻接地、開路等電纜故障常用的檢測(cè)方法為電阻電橋法和基于雷達(dá)原理的脈沖測(cè)距法。高阻類故障的發(fā)生率在電力電纜故障中的比例相當(dāng)高。低阻開路故障等屬于電纜“硬傷”，而高阻故障屬于電纜的“軟傷”。絕緣介質(zhì)性能雖然有一定程度下降但并非完全損壞。常用的檢測(cè)方法主要有：高壓電橋法、直流高壓燒穿法、直流高壓閃絡(luò)法、高壓脈沖電流法等。不同的方法在使用時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

表2 電纜檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法

5 高壓電纜故障的防范措施

基于上文對(duì)高壓電纜故障類型的劃分和形成原因的分析，筆者認(rèn)為高壓電纜故障的防范可以從以下幾個(gè)方面著手。

1）嚴(yán)格把關(guān)電纜設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量

電纜運(yùn)行單位也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)督，并執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)安裝前電纜的質(zhì)量檢驗(yàn)。這一措施也有局限性，就是現(xiàn)場(chǎng)只能進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，無(wú)法了解絕緣內(nèi)部情況。為此，一些電纜運(yùn)行單位對(duì)電纜進(jìn)行抽樣，送武高所或上纜所進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保電纜質(zhì)量。

同時(shí)電纜生產(chǎn)廠家也應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量管理，提高質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行出廠前的試驗(yàn)和檢驗(yàn)工作，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)。

2）提高施工質(zhì)量及安裝工藝水平

目前存在一些從事電纜安裝施工的企業(yè)和單位不具備高壓電纜施工資質(zhì)、施工技術(shù)水不達(dá)標(biāo)等等問題。因此，電纜運(yùn)行單位強(qiáng)化電纜施工質(zhì)量管理，完善對(duì)施工單位及人員的專業(yè)技能水平的管理考核這一舉措是必要的。

嚴(yán)格把關(guān)，提高從業(yè)人員的專業(yè)水平，選擇具有專業(yè)資質(zhì)的施工隊(duì)伍，加強(qiáng)電纜接頭安裝人員的技術(shù)工藝水平和質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格按照安裝工藝施工，這些都是減少電纜故障的重要途徑[7]。

3）采用新的試驗(yàn)手段

建議在對(duì)交聯(lián)電纜做竣工試驗(yàn)時(shí)采用串聯(lián)諧振或VLF的方法，也可以采用24h空載運(yùn)行的方式[10]。交流耐壓試驗(yàn)用于高壓電纜的竣工驗(yàn)收時(shí)，其擊穿檢出率高達(dá)9%左右。

高壓電纜中可能存在的微小缺陷在1h耐壓試驗(yàn)過(guò)程中存在局部放電現(xiàn)象，但不會(huì)導(dǎo)致電纜擊穿。局部放電測(cè)量有助于查找到這些微小的缺陷。由于局部放電信號(hào)在高壓電纜中傳播存在較大的衰減，分布式局部放電測(cè)量是高壓電纜現(xiàn)場(chǎng)局部放電測(cè)量的可靠保障。因此高壓電纜竣工驗(yàn)收試驗(yàn)可以增加分布式局部放電測(cè)量。

4）選擇有效的電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法

在線局放檢測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)等都是及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、避免故障發(fā)生的有效手段[4]。大量的電纜在絕緣劣化和故障早期都表現(xiàn)為局部放電。成熟的局部放電檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用，可以有效降低電纜故障率，提高供電可靠性。運(yùn)行部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況開發(fā)或采用相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段，做到提前預(yù)防。

5）加強(qiáng)電纜巡視

制定完善的巡檢制度。電纜線路本身事故很大一部分是由于外力破壞而造成的。線路巡視可以及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)并排查外力破壞因素。因此須重視電纜線路的巡檢工作，制定相應(yīng)的巡檢制度，明確巡視任務(wù)和周期。

6 結(jié)論

本文按照電纜故障部位和故障性質(zhì)兩種方式將高壓電纜故障進(jìn)行了歸類，同時(shí)分析了故障形成的原因；總結(jié)了常規(guī)的電纜狀態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目，并針對(duì)不同類型的故障提出相應(yīng)的狀態(tài)檢測(cè)方法和技術(shù)。從電纜故障的部位來(lái)看，本體故障占很大一部分；就形成原因而言，電纜設(shè)備質(zhì)量問題，設(shè)計(jì)不合理、施工工藝不良，外力破壞是造成電纜故障的三個(gè)主因；運(yùn)行巡檢、局放檢測(cè)、電纜運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)是及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、避免故障發(fā)生的三種最有效手段。

最后，筆者提出了電纜故障的防范措施，不僅要在生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和施工的源頭把關(guān)電纜設(shè)備的生產(chǎn)和安裝過(guò)程，還要加強(qiáng)運(yùn)行巡檢。同時(shí)各種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用也可以及早發(fā)現(xiàn)缺陷，起到預(yù)防電纜故障的作用，對(duì)電纜線路的長(zhǎng)期安全運(yùn)行具有重大意義。

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