10kV電力電纜常見故障診斷

洪亞等

摘要：隨著社會發展與城市建設，城市配網線路越來越復雜、密集，高壓架空線路已無法滿足線路走向、高度上的要求。因此，電力電纜逐漸擔負起輸送電力的工作，取代高壓架空線路，迅速融入城市中。

關鍵詞：電力電纜；故障診斷；故障尋測

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）24-0126-03

目前聊城市城區10kV配電線路常用的電纜為交聯聚乙烯（XLPE）電纜。它是由線芯、絕緣層、屏蔽層、鎧裝層、內護套、外護套、包帶組成。隨著聊城經濟的快速發展，投運的電力電纜線路逐年增多，隨之而來的電纜故障也在增加，威脅配電網的安全穩定運行。對電力電纜故障原因進行分析，并采取相應的預控措施已成為一個極需解決的重要課題。

一、電力電纜常見故障

在查找電纜故障時，首先要進行電纜故障性質的診斷，確定故障的類型及故障電阻阻值，以便與測試人員選擇適當的故障測距與定點方法。

電纜故障種類很多，為便于電纜的故障尋測，可以分為以下五種類型：

（1）接地故障：電纜一芯主絕緣對地擊穿故障。

（2）短路故障：電纜兩芯或三芯短路。

（3）斷線故障：電纜一芯或數芯被故障電流燒斷或受機械外力拉斷，造成導體完全斷開。

（4）閃絡性故障：這類故障一般發生于電纜耐壓試驗擊穿中，并多出現在電纜中間接頭或終端頭內。試驗時絕緣被擊穿，形成間隙性放電通道。當試驗電壓達到某一定值時，發生擊穿放點；而當擊穿后放電電壓降至某一值時，絕緣又恢復而不發生擊穿，這種故障稱為開放性閃絡故障。有時在特殊條件下，絕緣擊穿后又恢復正常，即使提高試驗電壓也不再擊穿，這種故障稱為封閉性閃絡故障。以上兩種現象均屬于閃絡性故障。

（5）混合性故障：同時具有上述接地、短路、斷線中兩種以上性質的故障稱為混合性故障。

二、故障原因分析

1.過熱過負荷和接頭發熱導致絕緣損壞

長期滿負荷或經常超負荷運行的電纜會出現絕緣老化和明顯的鉛包鼓脹、裂紋與漏油等缺陷，以致發展為鼓脹。但由于接頭的導體連接工藝或材料不合格造成連接點接觸不良，散熱條件差，即使輸送容量未達到額定數值，仍會發熱以致發生故障。

2.密封不良導致電纜附件絕緣損壞

電纜終端頭和接頭盒密封性能差，引起受潮，因為戶外終端常年經受大氣、溫度和干、濕等氣候條件的影響，對密封性非常敏感。一旦水分進入電纜頭，逐漸使絕緣受潮，導致絕緣擊穿，甚至爆炸。

3.腐蝕引起受潮導致電纜絕緣損壞

被腐蝕的電纜鉛包通常會有淡黃色或粉紅色粒狀腐蝕物，有腐蝕物的地方就是鉛包穿孔和受潮的通道。在腐蝕孔處，水分侵入鉛包內使電纜受潮，絕緣油分解、結晶，使絕緣性能下降。在電壓、溫度和電場作用下，形成相間或對地擊穿現象。

4.機械損傷電纜絕緣

造成電纜的機械損傷主要有以下幾種原因：

（1）安裝時損傷：在安裝時不小心碰傷電纜，機械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲，超出其彎曲半徑而造成電纜蠕動損傷電纜。

（2）直接受外力損壞：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷。

（3）行駛車輛的震動或沖擊性負荷會造成地下電纜的鉛（鋁）包裂損。

（4）因自然現象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護套，因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷、土地沉降引起過大拉力，拉斷中間接頭或導體。

5.絕緣老化

常見的老化機理如下：

（1）局部放電。在電壓的作用下，絕緣結構內部的邊緣發生非貫穿性放電現象。局部放電能夠存在于電樹枝、孔隙、裂紋、雜質界面上。這種放電以僅造成導體間的絕緣局部短接而不形成導電通道為限。每一次局部放電對絕緣介質都會有一些影響，當局部放電超過一定程度時應將設備退出運行，進行檢修或更換。

（2）電樹老化。電樹枝是一種出現在電纜中的電裂紋現象，它是在聚合物的局部區域內，由于雜質、氣泡等缺陷造成局部電場集中所導致的局部擊穿，并形成樹枝狀放電破壞通道。

（3）化學樹老化。化工廠的電纜，特別是敷設在含有硫化物、堿、有機酸等廢液及地下水中的電纜，或者直埋在含有硫化物環境中的電纜，當硫化物通過電纜的護套與絕緣層侵入，與導體發生化學反應生成結晶物質析出，形成化學樹枝化，甚至破壞絕緣造成事故。

（4）熱老化。熱老化是負荷電流變化及短路電流引起的熱伸縮、材料氧化、熱分解等化學變化以及硬度變化、龜裂等物理變化引起的老化和絕緣材料性能降低。

6.過電壓導致絕緣擊穿

過電壓分外部過電壓和內部過電壓兩大類。外部過電壓，又稱雷電過電壓、大氣過電壓。由大氣中的雷云對地面放電而引起，會破壞電纜絕緣，引起短路接地故障。內部過電壓是電力系統內部運行方式發生改變而引起的過電壓。這類故障由于纜芯之間或纜芯對外皮間的絕緣破壞而形成短路、接地、閃絡擊穿等現象。

三、電纜故障診斷

電纜發生故障后，除電纜終端頭爆炸、外力破壞等故障可以直接觀察到故障點外，一般無法通過巡視發現，必須使用電纜故障測試設備進行測量，從而確定電纜故障的位置，由于電纜故障類型很多，巡測方法也隨故障性質的不同而異。因此在故障尋測工作開始前，須準確確定電纜故障性質。

按照故障性質，可將運行中的電纜故障分為接地故障、短路故障、斷線故障、閃絡故障及混合型故障。

運行中的電纜故障性質比較復雜，除發生接地或短路故障外，還有斷線故障。因此在尋測前，還應進行電纜導體連續性的檢查，以確定是否發生斷線。確定電纜故障的性質，一般用搖表和萬用表進行測量并做好記錄。

（1）首先在任意一端用搖表測量A-地、B-地、C-地的絕緣電阻值，測量時另外兩相不接地，以判斷是否為接地故障。

（2）測量各相間A-B、B-C、C-A的絕緣電阻，判斷有無相見短路故障。

（3）如果用搖表測得電阻為零時，則應用萬用表測出各相對地的絕緣電阻和各相間的絕緣電阻值，以區分低阻、高阻故障。

（4）如用搖表測得電阻很高，無法確定故障相時應對電纜進行耐壓試驗，判斷電纜是否存在故障。

（5）因電纜故障有發生斷線的可能，所以還應進行導體連續性是否完好的檢查。其檢查方法是在一端將A、B、C三相短接（不接地），在另一端用萬用表的低阻檔測量各相間電阻值是否為零，檢查是否完全通路。

2.電纜故障精確定點

目前常用的方法有沖擊放電聲測法（聲測法）、聲磁信號同步接收定點法、跨步電壓法及主要用于低阻故障定點的音頻感應法。我單位常用方法為聲測法，本文僅對此進行介紹。

聲測法是利用直流高壓試驗設備向電容器充電、儲能。當電壓到達某一值，球間隙擊穿，高壓試驗設備和電容器上的能量經球間隙向電纜故障點放電，產生機械振動聲波，配合拾音器（或“聽棒”）沿初測確定的范圍加以辨認。

聲測試驗的接線圖，按故障類型不同有所差別，如圖6所示。

五、結論

10kV電纜是電力電纜中較為常見的電纜類型，目前由于城市建設需求，10kV配電網絡電纜化程度不斷提升，保障其穩定運行是直接關系客戶用電需求的重要工作內容。對此，應對10kV電纜中容易出現的故障類型及原因有充分的了解，并制定好有序的故障處理步驟，以便在故障發生后及時、準確地找到故障位置，并開展電力搶修工作，從而保障電力系統的安全運行。

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（責任編輯：王祝萍）