中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 童 威

1 引言

當(dāng)前，隨著新能源發(fā)電行業(yè)及電網(wǎng)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，電纜使用率居高不下，傳統(tǒng)模式下的檢修計(jì)劃已無(wú)法滿足新時(shí)期的社會(huì)發(fā)展要求，無(wú)法滿足社會(huì)的穩(wěn)定、高效供電要求。故障診斷和在線檢測(cè)為載體的狀態(tài)檢修逐漸成為未來(lái)發(fā)展主流趨勢(shì)，為此需要針對(duì)輸電電纜的狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行深入研究，支持科學(xué)決策，提升整體檢修質(zhì)量。

2 不同材質(zhì)電纜發(fā)展概況

針對(duì)不同材質(zhì)的輸電電纜主要特性對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同材質(zhì)電纜特性對(duì)比

鋁芯電纜和銅芯電纜是傳統(tǒng)電纜類(lèi)型，擁有長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)制作工藝十分成熟，為此在選擇中需要同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用性能。結(jié)合鋁合金良好的應(yīng)用性能和低廉價(jià)格等特征分析，隨著我國(guó)相關(guān)規(guī)范規(guī)程以及制作工藝的成熟發(fā)展，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大鋁合金電纜應(yīng)用范圍[1]。

3 電纜截面積選擇

針對(duì)電纜相關(guān)截面積設(shè)計(jì)中，需要聯(lián)系以下因素進(jìn)行綜合考慮，一是長(zhǎng)期允許載流量，為了延長(zhǎng)電纜應(yīng)用壽命，提升電纜運(yùn)行安全性，電纜通電后溫度參數(shù)需要控制在長(zhǎng)期允許溫度范圍內(nèi)，交聯(lián)絕緣聚乙烯電纜是90℃，聚氯乙烯電纜是70℃。計(jì)算得到相應(yīng)的電纜載流量后，可以選擇長(zhǎng)期允許載電流相對(duì)偏大或更接近的標(biāo)準(zhǔn)截面積。二是經(jīng)濟(jì)電流密度，電纜截面積會(huì)對(duì)線路電能損耗以及投資成本產(chǎn)生直接影響，為了節(jié)約投資，盡量縮小電纜截面積。為了控制電能損耗，建議適當(dāng)擴(kuò)大電纜截面積。綜合考慮，最終確定最佳電纜截面積是經(jīng)濟(jì)截面積，相對(duì)應(yīng)電流密度是經(jīng)濟(jì)電流密度。結(jié)合設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間，查表獲得經(jīng)濟(jì)電流密度，在得到經(jīng)濟(jì)截面后，進(jìn)一步選擇偏小標(biāo)準(zhǔn)截面積。三是壓降，因?yàn)殡娎|長(zhǎng)度較長(zhǎng)，結(jié)合電纜設(shè)備自身阻抗，設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)形成壓降，設(shè)備側(cè)電壓小于某種限值，容易使設(shè)備發(fā)熱。假如前兩種方法無(wú)法對(duì)電纜截面積進(jìn)行合理選擇，需要進(jìn)一步擴(kuò)大電纜截面積，實(shí)施全面復(fù)核，到電纜面積滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求[2]。

4 電纜附件選擇

電纜附件具體設(shè)計(jì)、制作、選擇和安裝質(zhì)量會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。那些質(zhì)量較差電纜附件以及電纜附件制作、安裝工藝不足，容易導(dǎo)致電纜運(yùn)行中產(chǎn)生漏電、膨脹等問(wèn)題，導(dǎo)致電纜頭故障，出現(xiàn)運(yùn)行事故。為此，需要慎重選擇電纜附件的制作、安裝方法，盡量選擇質(zhì)量好，并且與電纜匹配附件以及專(zhuān)業(yè)化的電纜附件組裝隊(duì)伍，對(duì)于電纜鋪設(shè)工作具有重要作用[3]。

5 輸電電纜狀態(tài)評(píng)價(jià)思路

狀態(tài)維修主要是以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，設(shè)備整體運(yùn)行狀態(tài)能夠體現(xiàn)出設(shè)備操作質(zhì)量達(dá)標(biāo)與否，準(zhǔn)確顯示出狀態(tài)等級(jí)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)分析評(píng)價(jià)需要借助各種檢測(cè)裝置和設(shè)備運(yùn)行特征，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，科學(xué)評(píng)估設(shè)備實(shí)際操作效果。電氣設(shè)備的實(shí)際操作狀態(tài)可以進(jìn)一步分成異常狀態(tài)、注意狀態(tài)、正常狀態(tài)以及嚴(yán)重狀態(tài)四種形式。開(kāi)始設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)前需要率先明確能夠準(zhǔn)確反映出不同部件和設(shè)備的具體特征量。

針對(duì)電力傳輸電纜實(shí)施性能評(píng)價(jià)中，需要綜合考慮預(yù)防性故障、運(yùn)行巡檢、試驗(yàn)判斷以及檢修歷史信息等，對(duì)不同設(shè)備狀態(tài)開(kāi)展橫縱分析，做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，綜合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電力傳輸電纜整體操作狀況進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。設(shè)備評(píng)估形式多樣，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、層次判斷以及綜合評(píng)價(jià)、故障樹(shù)與設(shè)備評(píng)分等。通過(guò)分析電力傳輸線纜的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)分為定量和定性兩部分，定性評(píng)價(jià)指標(biāo)所占比重較大，采用多種方法開(kāi)展綜合分析和數(shù)據(jù)對(duì)比，考慮評(píng)價(jià)對(duì)象運(yùn)行特征以及特征量，應(yīng)用多層分析以及模糊分析等方法評(píng)價(jià)電力傳輸效果。

該措施同時(shí)兼具多維指標(biāo)，綜合考慮傳輸電纜的電氣、熱以及機(jī)械性能，綜合考慮家族缺陷、運(yùn)行環(huán)境和操作時(shí)長(zhǎng)等內(nèi)容。電力傳輸線纜涵蓋電纜傳輸通道、電纜設(shè)備、電纜接頭、終端設(shè)備以及接地系統(tǒng)等內(nèi)容，需要密切聯(lián)系電纜組成結(jié)構(gòu)，對(duì)電纜運(yùn)行效果進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化評(píng)價(jià)目標(biāo)層。相關(guān)特征量指標(biāo)涵蓋多樣設(shè)備元件，能夠從不同層面呈現(xiàn)出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包含聲音、圖像以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]。

6 輸電電纜相關(guān)差異化檢修策略

在新時(shí)期發(fā)展背景下，要想進(jìn)一步提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，需要大力開(kāi)展電網(wǎng)建設(shè)工作，重點(diǎn)組建強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)，易導(dǎo)致投資規(guī)模大范圍擴(kuò)大，為此針對(duì)輸電電纜實(shí)施檢修決策中，需要進(jìn)一步聯(lián)系現(xiàn)實(shí)發(fā)展?fàn)顩r，保證滿足運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性要求，提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，選擇差異化檢修方案，針對(duì)繼電裝置的故障檢修損耗實(shí)施綜合比較分析，明確對(duì)應(yīng)輸電電纜的具體檢修決策，選擇停電檢修或是持續(xù)運(yùn)行。如果持續(xù)運(yùn)行，可以給出下次檢測(cè)時(shí)間建議。對(duì)應(yīng)停電檢修損失，以及持續(xù)運(yùn)行后果需要聯(lián)系停電時(shí)間進(jìn)行考慮。

選擇狀態(tài)決策檢修策略，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性等因素影響，該策略消耗資源少，能夠有效維持設(shè)備穩(wěn)定性、安全性和可靠性，合理選擇邏輯決斷措施判斷設(shè)備在現(xiàn)有狀態(tài)下是否需要實(shí)施檢修處理。借助狀態(tài)檢修系統(tǒng)研究電力傳輸電纜不同檢修策略，系統(tǒng)分析供電企業(yè)、電力用戶的故障率和停電損耗，綜合考慮后續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行以及檢修成本等內(nèi)容設(shè)計(jì)檢修計(jì)劃，聯(lián)系可靠、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)不同檢修策略的實(shí)施效果實(shí)施量化分析。可以實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，比較計(jì)劃?rùn)z修執(zhí)行后成效以及不檢修風(fēng)險(xiǎn)，可為檢修決策提供有效參考指標(biāo)，為順利開(kāi)展檢修決策提供有效參考依據(jù)。

7 輸電電纜典型故障缺陷和檢修方法

7.1 充油電纜對(duì)應(yīng)終端壓力箱故障檢修

研究充油電纜對(duì)應(yīng)終端壓力箱方面的故障缺陷和檢修措施，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生漏油的原因主要包括以下幾點(diǎn)：一是電纜附件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，油壓箱因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨淋，產(chǎn)生了嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題，使油壓箱產(chǎn)生失壓以及漏油問(wèn)題；二是運(yùn)維檢修人員針對(duì)壓力箱實(shí)施除銹，未能對(duì)壓力箱銹蝕狀況實(shí)施準(zhǔn)確判斷，導(dǎo)致壓力箱加速損壞。

針對(duì)充油電纜對(duì)應(yīng)終端壓力箱實(shí)施故障檢修中，對(duì)于其中的漏油問(wèn)題，可以重新替換壓力箱。因?yàn)閭淦穬?nèi)的絕緣油整體儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，初步超出10年，為此需要開(kāi)展介損試驗(yàn)以及耐壓試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)參數(shù)分別是0.0005和50000V，滿足具體要求。備品內(nèi)部絕緣油經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，現(xiàn)場(chǎng)人員即刻實(shí)施換箱工作，因?yàn)椴淮嬖趹敉獬溆褪浇K端圖紙，需要全面檢測(cè)戶外充油終端配件。拆除三通閥對(duì)應(yīng)端油管，發(fā)現(xiàn)該部分存在逆止功能損傷，即刻設(shè)置塞止頭，避免絕緣油外流。同時(shí)，替換全新壓力箱，將新型壓力箱和油管之間進(jìn)行有效連接，啟動(dòng)新壓力箱對(duì)應(yīng)閥門(mén)，順利排除油管內(nèi)部空氣。

7.2 電纜終端沉降故障檢修

總結(jié)電纜終端沉降成因包括以下幾種因素：一是水土流失，高層建筑以及地鐵線路容易使施工部位周?chē)h(huán)境產(chǎn)生水土流失問(wèn)題。如果電纜終端于相關(guān)施工點(diǎn)周?chē)鷮?shí)施施工建設(shè)中，容易使電纜終端和電纜走廊產(chǎn)生下沉問(wèn)題。二是地面覆土較厚，并利用各種重型裝置實(shí)施地面平整和壓實(shí)工作，容易使該部分地區(qū)電纜下沉，盡管不同地質(zhì)對(duì)應(yīng)下沉程度也各不相同，但會(huì)使電纜終端產(chǎn)生一定反應(yīng)。三是地質(zhì)原因，比如工程地區(qū)的土壤環(huán)境以液化砂土以及軟土為主，容易增加地面沉降隱患。同時(shí)，電纜塔內(nèi)終端架構(gòu)未能合理設(shè)計(jì)，或是在混凝土澆筑施工中產(chǎn)生失誤，把混凝土和電纜保護(hù)管以及電纜進(jìn)行共同澆筑。

針對(duì)上述問(wèn)題可以參考以下解決措施，終端場(chǎng)外電纜走廊中的特殊沉降問(wèn)題，可以結(jié)合實(shí)際沉降狀況拆除原有電纜溝，并于纜溝下層實(shí)施基礎(chǔ)處理，對(duì)電纜溝進(jìn)行重新制作。對(duì)于終端場(chǎng)內(nèi)走廊實(shí)施處理中，需要率先將相關(guān)電纜改造成電纜溝，和地面維持齊平，并在電纜溝以及地面進(jìn)行混凝土澆筑工作。施工中，需要率先對(duì)電纜進(jìn)行砌磚保護(hù)以及膠墊包裹，隨后實(shí)施澆筑，避免將電纜保護(hù)管和電纜澆筑融合。電纜塔對(duì)應(yīng)構(gòu)架改造中，需要從兩種層面入手實(shí)施改造，第一是提升電纜塔架構(gòu)機(jī)械性能，替換核心受力塔材，增設(shè)支撐塔材。第二是增設(shè)電纜夾具，將夾具直接設(shè)置在電纜中，無(wú)需安設(shè)在保護(hù)管中。

7.3 電纜外保護(hù)層故障檢修

技術(shù)護(hù)套在感應(yīng)電壓環(huán)境下，導(dǎo)致螺栓和金屬護(hù)套產(chǎn)生環(huán)流，螺栓周?chē)霈F(xiàn)較高熱量，導(dǎo)致固定螺栓外部膠墊、護(hù)套出現(xiàn)燒毀和焦化現(xiàn)象。針對(duì)該故障可以選擇以下處理措施：一是在停電前進(jìn)行暫時(shí)性處理，直接拆除各種支架，斷開(kāi)過(guò)流通道，護(hù)套和墊層被燒毀主要原因是接地金屬支架以及對(duì)應(yīng)金屬護(hù)套形成電流回路，需要將其中故障部位及時(shí)拆除，全面斷開(kāi)護(hù)套過(guò)流，控制故障蔓延。故障區(qū)域護(hù)套需要額外做好防水、絕緣處理。如果處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，不能順利檢測(cè)鋁護(hù)套相關(guān)穿孔電纜是否損傷外半導(dǎo)電層以及出現(xiàn)絕緣層破壞，無(wú)法對(duì)鋁護(hù)套開(kāi)展封鉛操作。為此，需要做好故障環(huán)節(jié)的防水、絕緣處理，利用瀝青材料填補(bǔ)故障部位，減少絕緣擊穿概率，保障隧道內(nèi)操作人員安全，隨后在瀝青帶中合理纏繞PVC 帶以及防水帶，結(jié)束臨時(shí)處理后，減少鋁套受潮現(xiàn)象，減少滲水問(wèn)題。

二是進(jìn)行停電處理，聯(lián)系電線整體損傷狀況，設(shè)計(jì)差異化檢修策略，考慮故障普遍性，在結(jié)束檢修后做好電力線纜外部保護(hù)層檢測(cè)試驗(yàn)。解剖缺陷部位，有效處理外半導(dǎo)電層，科學(xué)處理主絕緣損傷。在現(xiàn)場(chǎng)停電處理過(guò)程中，停電后，把缺陷部位鋁護(hù)套、外護(hù)套、阻水帶徹底去除，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)電纜外半導(dǎo)電層產(chǎn)生燒焦凹陷問(wèn)題，將外半導(dǎo)電層去除后，可以發(fā)現(xiàn)主絕緣部分產(chǎn)生從白變黃的現(xiàn)象，拋除主絕緣1mm 后細(xì)致觀察，發(fā)現(xiàn)主絕緣依然是焦黃色。按照既定方案借助兩端蛇形設(shè)置電纜余線，駁接電纜，重新制作接頭。

8 結(jié)語(yǔ)

隨著輸電電纜的應(yīng)用發(fā)展，電纜的運(yùn)行時(shí)間逐漸增加，為此需要針對(duì)運(yùn)行輸電電纜實(shí)施全面狀態(tài)檢測(cè)和科學(xué)評(píng)價(jià)，進(jìn)一步研究形成狀態(tài)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的輸電電纜運(yùn)維檢修策略，以及故障問(wèn)題檢修方法，進(jìn)一步優(yōu)化提升整個(gè)輸電電纜的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。