電力電纜故障分析及應對措施

蔣再新 張海利 崔海婷 唐恒軼

（1．廣西欽州供電局，廣西 欽州535000；2．國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏 銀川750004；3．國電懷安熱電有限公司，河北 張家口076150）

0 引言

在電網(wǎng)建設中，電力電纜與各種電氣設備相連，起著輸配電能的重要作用。與架空線路相比，電力電纜由于敷設于地表之下，不受地面建筑及市容建設的限制，被廣泛應用于城市電網(wǎng)建設中。與此同時，其高隱蔽性也極大地增加了對其故障查找與維修的難度，這對電網(wǎng)的安全運行提出了挑戰(zhàn)。因此，對電力電纜的故障進行分析，找出故障點并制定故障處理對策，已成為當前電力系統(tǒng)的一項重要而緊迫的工作。

1 電纜故障原因

1．1 電纜結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來說，高壓電力電纜從外層到內(nèi)層依次是聚氯乙烯或聚乙烯護套、皺紋鋁護套、縱向阻水緩沖層、絕緣屏蔽、交聯(lián)聚乙烯絕緣、導體屏蔽和分割結(jié)構(gòu)銅導體，中低壓電力電纜從外層到內(nèi)層依次是外護套、鋼帶鎧裝、內(nèi)護套、包帶、填充、銅帶屏蔽、絕緣屏蔽、絕緣、導體屏蔽和導體。以上各部位在從生產(chǎn)到安裝使用的各環(huán)節(jié)均會因為外界和自身原因受到損壞，使電力系統(tǒng)不能安全運行。

1．2 故障原因分析

電纜的絕緣層、保護層和附件等各部位都會發(fā)生損壞，而各部位的故障絕大部分都會最終作用于絕緣層，導致絕緣出現(xiàn)損壞、老化等問題，從而造成絕緣泄漏或擊穿。導致絕緣出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)主要有：（1）生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前，我國各地生產(chǎn)電纜的企業(yè)數(shù)不勝數(shù)，但并不是每一個企業(yè)都能生產(chǎn)出質(zhì)量可靠的電纜。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)隱患的原因主要有：金屬保護層不嚴密，介質(zhì)不均勻，有孔隙和裂紋；絕緣部位材質(zhì)不達標、局部孔洞超標；中間接頭和終端接頭制作沒有達到國家標準和規(guī)范要求，接頭封裝物填充不當導致在安裝時不能完全密封；交聯(lián)聚乙烯絕緣層不純凈、雜質(zhì)含量過多，使其性能不穩(wěn)定等。（2）敷設安裝環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題主要是由于人為因素，安裝人員的責任心缺失和工作技能欠佳是絕緣出現(xiàn)問題的主要原因。近年來，地下施工有許多種，熱力管線、自來水管線、網(wǎng)絡光纖通道、煤氣、排污等等都會與電纜的敷設形成交叉，如果敷設人員不能在事前取得相關許可和資質(zhì)，不了解所經(jīng)過地段的地下情況，就會給施工帶來困難，比如過度拉伸或者過度彎曲使絕緣受損。另外，施工人員也可能在削剝屏蔽層和保護套時沒有完好地打磨而留下毛刺，或沒有清除絕緣部位的塵粒，這些都是日后絕緣受損的原因。（3）使用環(huán)節(jié)。在電纜長期使用運行階段，電纜的絕緣部位可能受到各種各樣的破壞。其中最主要的原因是外力作用，其占到50%以上，具體包括：電纜埋設沒有達到規(guī)定深度，路面上往來車輛擠壓造成損傷；其他地下管線施工造成誤傷；鐵路、公路、橋梁使地面下沉損壞電纜；長期超負荷輸配電使電纜過熱及電纜內(nèi)部孔隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱；自然界中的水、酸、堿等長期腐蝕侵害；白蟻、蟲、鼠等對電纜的啃食與破壞。

2 電纜故障類型

一般來說，電纜故障可以分為低阻故障和高阻故障2種類型：（1）低阻故障。電纜故障點絕緣電阻下降至該電纜的特性阻抗，甚至電流電阻為0。1）開（斷）路故障。開路又叫斷路，即電路中某一處因斷開而使電阻過大，電流無法正常通過，導致電路中的電流為0，是屬于電纜一相或數(shù)相導體斷開從而不連續(xù)的一種故障。2）短路（接地）故障。即導體與大地意外連接，電纜一相或多相導體對地或異物之間的絕緣發(fā)生貫穿性故障。（2）高阻故障。電纜故障點的直流電阻大于該電纜的特性阻抗。1）泄漏故障，是指電纜的絕緣層被損壞，使電流可以通過。2）閃絡性故障，是電纜未形成固定泄漏通道的故障，電纜的泄漏電流值會突然增大，超過被測電纜所要求的數(shù)值。

3 電纜故障排查步驟

3．1 電纜故障類型診斷

電纜故障排查過程中，首先需要通過試驗確定故障類型與性質(zhì)。一般來說，試驗結(jié)果與故障之間的關系如表1所示。

表1 試驗結(jié)果與電纜故障診斷的關系

3．2 電纜故障預定位

（1）電橋法。該方法包含電阻電橋法、電容電橋法和高壓電橋法。其中，電阻電橋法是一個使用了幾十年的傳統(tǒng)方法，針對短路故障及低阻故障的檢測十分有效。電容電橋法適用于電纜開（斷）路故障。針對前兩者不適用于高阻定位的局限，高壓電橋法可適用于高阻電纜擊穿事故的檢測。（2）低壓脈沖法。此種方法適用于低阻故障，包括開路和短路。應用雷達測距原理觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖，依據(jù)測出的電波傳輸時間差來計算故障點的距離。如果發(fā)射脈沖和反射脈沖相同，表明故障為斷路，如果相反，表明故障屬于短路接地或低阻故障。此種方法可彌補電橋法不適用于三相全壞的情況，但不能檢測高阻和閃絡性故障。（3）高壓閃絡法。高壓閃絡法可檢測出高阻故障，彌補低壓脈沖法的不足。其中，直流高壓閃絡法適合于閃絡性故障的擊穿檢測，當電纜上電壓較小、故障點不能形成閃絡時，則運用沖擊高壓閃絡法。二（多）次脈沖法也可歸納為高壓閃絡法，即在電纜上同時施加高壓脈沖和低壓脈沖，比較脈沖在故障點閃絡處和電纜末端發(fā)生的開路反射的波形以確定故障點，這種方法廣泛應用于高阻故障的測試。

3．3 電纜故障定點

（1）聲測法，主要應用于高阻與閃絡性故障，對高壓電纜導體對絕緣層放電的檢測較為有效。其原理是對故障電纜施加足夠的高壓，強迫故障點擊穿放電，放電時會產(chǎn)生聲音，利用耳機或人耳即可準確對故障進行定點。（2）音頻感應法，可對低阻故障進行定點，包括兩相短路并接地、三相短路并接地、三相短路；一相或兩相斷線、單相接地則需使用特殊探頭。在定位時用音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波，然后在地面上用探頭接收電磁場發(fā)出的信號，經(jīng)放大后送到耳機，從信息的強弱、有無來判斷故障點。（3）聲磁同步法，給被測電纜施加高壓沖擊脈沖，電纜故障點在被高壓擊穿后會產(chǎn)生電磁波和聲波，同時接收這2種波并繪制波形圖，二者重合處即故障點，此法適用于大多數(shù)高低阻故障。

4 電纜故障預防措施

（1）電纜采購招標嚴格按照國家標準和規(guī)章進行，杜絕未達質(zhì)量標準的電纜投入使用。（2）電纜施工時選用培訓合格和責任心強的員工，加大施工前期的勘察工作，合理設計路徑，施工時明確安全、技術責任，層層檢查，段段巡視。（3）施工完畢交付時，要進行現(xiàn)場交流耐壓試驗，不以其他驗收形式簡單收工。（4）在電纜投入運行一段時期內(nèi)，特別是經(jīng)常出現(xiàn)故障的前5年，要不斷搜集和掌握有關電纜運行情況的資料，加強維護工作，確保電纜在長期使用中的低故障率。（5）加強電纜標識的設立，避免意外損傷。（6）合理調(diào)度用電，加強電纜負荷監(jiān)控，減少電纜的超負荷運行。

5 結(jié)語

電力電纜由于不受空間、地面建筑及天氣條件的影響而被廣泛應用于電網(wǎng)建設中，但由于其生產(chǎn)、施工和使用等環(huán)節(jié)會出現(xiàn)各種問題，從而影響電纜質(zhì)量，而絕大多數(shù)質(zhì)量問題最終都會作用到電纜的絕緣層，引起絕緣老化、損壞，導致?lián)舸┗蛐孤┈F(xiàn)象，進而影響到電網(wǎng)的安全輸電，因此，必須充分掌握電纜故障類型，及對電纜故障進行判斷、查找和預防，以最大限度地減少電纜故障，保證供電的安全可靠，減少經(jīng)濟損失。

［1］任艷霞，劉明光，史雪明．電力電纜故障探測方法探討［J］．電力科學與工程，2008（1）

［2］陳曉玲．電力電纜接地存在的問題探討［J］．電子制作，2014（6）

［3］黃衛(wèi)東．10kV電力電纜故障的類型及故障點查找分析［J］．機電信息，2011（15）