王　斌， 舒群力， 汪春萌， 屠曄煒， 鄧　濤， 姚群燕

（1.嘉興市恒光電力建設(shè)有限責(zé)任公司， 浙江　嘉興　314000；2.國網(wǎng)嘉興供電公司， 浙江　嘉興　314003）

引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全社會用電量逐年增長，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜。但低成本的蜘蛛網(wǎng)式的架空線不僅影響城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，也會給城市市容造成一定的負(fù)面影響，為加快城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程，提高土地資源利用率，由電纜入地工程代替架空線是現(xiàn)代化城市建設(shè)的必然趨勢。電纜敷設(shè)在地下，具有不占地面空間和維護(hù)費用較少的優(yōu)點，但隨著電纜的大量投運，電纜安裝工藝等因素所導(dǎo)致的電纜線路故障也越來越多[1，2]，本文以多年來從事電纜試驗和搶修工作中遇到的故障問題為依據(jù)，對導(dǎo)致高壓電纜故障的原因做簡要分析。

1　電纜制造原因

案例1：對A桿塔到B桿塔段電纜進(jìn)行檢修試驗?，F(xiàn)場試驗情況如下：該電纜主絕緣測試時，絕緣電阻合格。拆除1號直接接地箱接地體，對電纜金屬屏蔽層連同1號保護(hù)箱內(nèi)保護(hù)器進(jìn)行絕緣電阻測試，AC相絕緣電阻合格，B相絕緣異常并有接地現(xiàn)象。故對#1保護(hù)接地箱內(nèi)B相保護(hù)器進(jìn)行單獨試驗，發(fā)現(xiàn)B相保護(hù)器均已被擊穿，檢查確認(rèn)B相保護(hù)器外觀良好。從試驗現(xiàn)象判斷，B相保護(hù)器應(yīng)該承受不住感應(yīng)電壓而被擊穿。B相保護(hù)器承受不住感應(yīng)電壓的現(xiàn)象，基本判斷該B相電纜金屬屏蔽層在B相保護(hù)器擊穿前存在未有效接地現(xiàn)象，而A桿塔上1號直接接地線明確接地，故懷疑B相電纜金屬屏蔽層中間存在斷線現(xiàn)象（如圖1所示）。

隨后對B相電纜金屬屏蔽層的斷線情況進(jìn)行試驗檢查，確認(rèn)B相存在金屬屏蔽層斷線情況。結(jié)合B相金屬屏蔽層斷線情況和1號保護(hù)接地箱內(nèi)B相保護(hù)器擊穿現(xiàn)象，判斷B相電纜金屬屏蔽層在運行中未接地，產(chǎn)生高感應(yīng)電壓將保護(hù)器擊穿接地。對B相電纜解剖發(fā)現(xiàn)：該電纜金屬屏蔽層表面氧化發(fā)黑嚴(yán)重有發(fā)熱痕跡；金屬屏蔽層有褶皺和斷裂現(xiàn)象（如圖2所示）。對該檢修電纜的解剖情況印證如下：由于電纜金屬屏蔽層的褶皺斷裂情況導(dǎo)致通流能力降低，在感應(yīng)電流的作用下有發(fā)熱現(xiàn)象，最終導(dǎo)致金屬屏蔽層斷裂造成不接地現(xiàn)象，從而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，隨著負(fù)荷的增加，感應(yīng)電增大導(dǎo)致保護(hù)器承受不了而擊穿[3]。從現(xiàn)場的解剖情況判斷電纜金屬屏蔽層的褶皺斷裂可能由制造廠在電纜金屬屏蔽層包裹工序環(huán)節(jié)存在問題或是金屬屏蔽層包裹不緊實在電纜盤圈時受力擠壓形成褶皺甚至斷裂的情況，詢問相關(guān)專業(yè)人員也基本認(rèn)同產(chǎn)品質(zhì)量問題的判斷?？紤]到三相電纜為同一批次產(chǎn)品，搶修時將三相電纜進(jìn)行重新敷設(shè)安裝。

圖1　電纜示意圖

圖2　B相電纜解剖圖

2　安裝質(zhì)量原因

案例2：220 kV某某變新增3回35 kV電容器組電纜，在對3回電纜進(jìn)行交流耐壓（串聯(lián)諧振方式加壓）試驗過程中發(fā)現(xiàn)電纜擊穿的情況。具體情況及參數(shù)如表1所示。

表1　煙雨變3回電纜交流耐壓試驗情況

整個試驗過程下來，明確放電位置為電纜終端處，而且試驗現(xiàn)象基本一致，懷疑由現(xiàn)場制作工藝問題造成。之后由安裝人員對多相故障電纜終端進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)電纜終端半導(dǎo)電層屏蔽層（主絕緣外側(cè)）切口處向上20 mm左右處有放電痕跡（各電纜情況均相似），且半導(dǎo)電層切口處理不到位（如圖3所示）。

圖3　電纜終端放電痕跡

發(fā)現(xiàn)放電痕跡位置恰巧為電纜最容易擊穿的位置。在制作電纜頭時，剝?nèi)ブ鹘^緣半導(dǎo)電屏蔽層后，改變了電纜原有的電場分布，將產(chǎn)生對絕緣極為不利的切向電場（沿導(dǎo)線軸向的電力線）。在剝?nèi)グ雽?dǎo)電屏蔽層后芯線的電力線向半導(dǎo)電屏蔽層斷口處集中，以及芯線對半導(dǎo)電屏蔽層切口的距離不同也會造成電場強(qiáng)度有大小，也會對電纜絕緣不利。因此在半導(dǎo)電屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位，為均勻分散斷口處的電場應(yīng)力效果，一般采用應(yīng)力錐或應(yīng)力管處理使電場均勻分布[4]。從以上耐壓試驗現(xiàn)象基本判斷，電纜放電故障由應(yīng)力錐與半導(dǎo)電層接觸面不足或未接觸造成。經(jīng)過電纜終端制作圖示尺寸復(fù)核，發(fā)現(xiàn)各電纜終端制作時少算了電纜線芯壓接頭的孔深度尺寸。

由于電纜終端制作時，少算了電纜線芯壓接頭的孔深度尺寸，且半導(dǎo)電層切口處理不到位，致使電纜應(yīng)力錐與半導(dǎo)電屏蔽間存在一定的間隙，未有效接觸。當(dāng)交流耐壓時，半導(dǎo)電屏蔽層切口處場強(qiáng)不斷攀升，隨著時間的積累，最終導(dǎo)致間隙處主絕緣被擊穿放電。

案例3：110 kV某某變擴(kuò)建工程新增多條20 kV電纜，在進(jìn)行電纜交流耐壓過程中3號電容器組B相電纜發(fā)生了擊穿放電，現(xiàn)場當(dāng)時已經(jīng)在該電纜上施加試驗電壓45 kV/4 min左右（交接標(biāo)準(zhǔn)為45 kV/5 min）。該電纜擊穿放電后進(jìn)行主絕緣電阻測試，儀器顯示主絕緣已經(jīng)擊穿接地?？紤]到現(xiàn)場只有一相電纜擊穿，基本確定為安裝制作問題。在未告知耐壓試驗結(jié)果的情況下，詢問現(xiàn)場安裝人員電纜耐壓有擊穿情況下認(rèn)為哪根最有可能。安裝人員明確回復(fù)為3號電容器B相電纜，并敘述該故障電纜制作中的問題所在。

安裝人員在進(jìn)行該相電纜半導(dǎo)電屏蔽層劃割剝離時用力過大，直接傷到了主絕緣，在主絕緣上留下了很深的劃痕，該劃痕最深有2 mm左右，雖然而后進(jìn)行主絕緣打磨，該劃痕未能完全打磨掉（如圖4所示）。安裝人員考慮到該電纜頭已經(jīng)基本完工不想重做，就抱有僥幸心理，因而未將該情況告知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人就進(jìn)行下道工序。

圖4　電纜主絕緣受損引起擊穿放電

由于安裝人員制作中在主絕緣留下的劃痕成為主絕緣的薄弱點，最深處的劃痕在45 kV的試驗電壓下，隨著時間的累積效應(yīng)，產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，最終擊穿放電[5]。該劃痕即使通過本次耐壓試驗，但在電纜長期運行下，還是會在電場強(qiáng)的作用下絕緣逐漸劣化，最終主絕緣耐受不住，造成電纜故障。

3　金屬屏蔽層接地方式錯誤

運行中的單芯電纜產(chǎn)生交變磁場，在該磁場磁力線交鏈金屬屏蔽層的作用下，在金屬屏蔽層中產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流（負(fù)荷）成正比。金屬屏蔽層在電纜發(fā)生操作過電壓或短路接地故障等情況下會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓會破壞金屬屏蔽層對地絕緣甚至發(fā)生擊穿。并且電力工程電纜設(shè)計規(guī)程要求：單芯電纜線路的金屬屏蔽層上任意一點的感應(yīng)電壓不得大于100 V。因此金屬屏蔽層必須接地。因此電纜線路設(shè)計時一般根據(jù)電纜線路長度和負(fù)荷大小等因素一般采用以下幾種金屬屏蔽層接地方式：第一是兩端直接接地；第二是一端接地另一端懸空；第三是一端直接接地另一端經(jīng)保護(hù)器接地第四是交叉互聯(lián)。

案例4：A變電站線路保護(hù)動作，線路開關(guān)跳閘。搶修班對該線路進(jìn)行主絕緣測試，主絕緣合格。打開A變電站內(nèi)1號直接接地箱時，發(fā)現(xiàn)該接地箱內(nèi)部已經(jīng)燒毀。清理1號直接接地箱，抽出金屬屏蔽層引出線，分別對ABC相金屬屏蔽層引出線進(jìn)行絕緣測試，儀器顯示存在接地現(xiàn)象，試驗判斷為該電纜金屬屏蔽層存在故障。當(dāng)天正值汛期，懷疑中間接頭井內(nèi)保護(hù)接地箱已經(jīng)泡水失效造成接地現(xiàn)象。打開中間接頭井，發(fā)現(xiàn)中間接頭和各接地箱均已泡水，基本符合初步判斷。打開中間接頭井內(nèi)箱體時發(fā)現(xiàn)，1號保護(hù)接地箱與2號直接接地箱位置裝反。造成第一段電纜金屬屏蔽層兩端直接接地，第二段電纜金屬屏蔽層兩端均經(jīng)保護(hù)器接地。查看變電站線路負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)近期負(fù)荷不斷攀升，造成第一段金屬屏蔽層中的感應(yīng)電流不斷加大，導(dǎo)致1號直接接地箱無法承受感應(yīng)電流而燒毀，但對應(yīng)的2號直接接地箱泡在水中而未燒毀。事故處理情況：拆除所有直接接地箱和保護(hù)接地箱，對3段電纜的金屬屏蔽層進(jìn)行絕緣試驗和斷線情況檢查，絕緣電阻合格，并未發(fā)現(xiàn)斷線現(xiàn)象，判斷該電纜在金屬屏蔽層正確恢復(fù)后可正常投運（案例圖的示意圖如圖4所示）。

圖5　電纜線路示意圖

案例5：35 kV某玻璃廠線路電纜故障：電纜頭燒毀，兩端屏蔽層引出線燒斷。在搶修中查閱設(shè)計圖紙發(fā)現(xiàn)該線路當(dāng)初投產(chǎn)時設(shè)計采用了金屬屏蔽層一端接地另一端懸空的方式。但安裝單位錯誤地將該電纜金屬屏蔽層進(jìn)行了兩端都接地。該情況下在金屬屏蔽層中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)線負(fù)荷電流基本上為同一數(shù)量級，只適用于負(fù)荷小的短電纜。該廠故障線路電纜投產(chǎn)后很長一段時間內(nèi)負(fù)荷并不大，因此該電纜一直可靠運行著。但近期該廠用電負(fù)荷不斷增加，長期處于滿負(fù)荷甚至過負(fù)荷運行。因而導(dǎo)致電纜金屬屏蔽層無法承受過大的感應(yīng)電流而燒斷，繼而造成電纜頭主絕緣擊穿而燒毀?？紤]到該線路電纜金屬屏蔽層承受過大電流，不排除全線電纜內(nèi)部有金屬屏蔽層燒化甚至斷裂現(xiàn)象，基本上認(rèn)為該電纜已經(jīng)報廢。

圖6　電纜受外力破壞

4　外力破壞

案例6：某某變電所35 kV某某線路開關(guān)跳閘，線路保護(hù)顯示線路單相接地故障?，F(xiàn)場對線路主絕緣電阻進(jìn)行測試，確認(rèn)為永久性接地。利用電纜故障系統(tǒng)裝置對該線路電纜故障點位置進(jìn)行定位，根據(jù)電纜敷設(shè)路徑，大致確定該故障點位置在一建筑施工工地內(nèi)。試驗人員到該建筑施工工地內(nèi)查看，確認(rèn)樓盤土建施工將線路電纜外力破壞造成線路電纜單相接地故障而線路開關(guān)跳閘（如圖6所示）。后對建筑施工工地內(nèi)部分電纜進(jìn)行改道敷設(shè)后，電纜經(jīng)過耐壓等相關(guān)試驗后順利投產(chǎn)。

5　預(yù)防措施

1）電纜終端和電纜中間接頭制作人員應(yīng)持證上崗。

2）對于電纜制作應(yīng)根據(jù)廠家安裝制作說明書，將說明書書中的制作尺寸，制作工藝流程等技術(shù)要點在現(xiàn)場電纜施工方案中詳細(xì)體現(xiàn)，做好方案相關(guān)簽發(fā)審批流程。

3）嚴(yán)格按照廠家安裝說明書進(jìn)行制作電纜頭，派專業(yè)人員嚴(yán)管制作過程，有條件的可以要求廠家進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，確保對制造工藝的質(zhì)量控制。

4）充分考慮電纜制作時的天氣溫度、環(huán)境濕度以及周圍灰塵等因素，嚴(yán)禁為趕進(jìn)度工期而不進(jìn)行有效控制。

5）電纜終端頭、中間接頭制作中做好密封處理以及防水防潮處理，不得使用劣質(zhì)或過期的密封膠和防水材料。

6）加強(qiáng)電纜工程相關(guān)資料管理及歸檔，應(yīng)包含以電纜廠家資料、附件廠家資料、電纜路徑走向、中間接頭位置、監(jiān)理見證記錄、金屬屏蔽層接地方式、安裝報告、試驗報告等。

7）根據(jù)電纜路徑走向，在沿線做好“電力電纜警示樁”，嚴(yán)禁施工開挖破壞電纜。

8）加強(qiáng)電纜運維巡視，特別是對電纜終端頭和中間接頭進(jìn)行紅外測溫，提前發(fā)現(xiàn)電纜故障。關(guān)注電纜負(fù)荷變化情況，特別是滿負(fù)荷或過負(fù)荷情況下，應(yīng)加強(qiáng)巡視。

9）選用新型的接地箱，實時采集金屬屏蔽層感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，一旦發(fā)生異常進(jìn)行故障預(yù)警。

10）解決金屬屏蔽層接地箱泡水問題，從而降低電纜故障。

[1]杜宏超.電力電纜故障診斷定位系統(tǒng)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2013．

[2]劉輝.電纜故障診斷理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012．

[3]張棟國.電纜故障分析與測試[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]劉毅剛，許繼葵.高壓電纜外護(hù)套故障及對策[J].高電壓技術(shù)，2001，27（b7）：38-39.

[5]王少華，葉自強(qiáng)，梅冰笑.電力電纜故障原因及檢測方法研究[J].電工電氣，2011（5）：48-52.