高壓電纜故障分析及檢測(cè)方法研究

張 源，陳德風(fēng)，潘 榮，陸 毅，高 波

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京210019）

1 高壓電纜故障分類(lèi)

電纜故障原因受各種因素綜合影響，應(yīng)按照不同的故障性質(zhì)進(jìn)行電纜故障種類(lèi)劃分，準(zhǔn)確描述故障特點(diǎn)，用相應(yīng)方法對(duì)其檢測(cè)。

1.1 按故障位置分類(lèi)

電纜故障按故障位置，可分為電纜本體故障和電纜接頭故障。如果在外力作用下，電纜本體故障發(fā)生概率更大；如果沒(méi)有外力作用，接頭故障出現(xiàn)較多。在電力電纜中最為基本的部分就是電纜本體，由于其鋪設(shè)的距離比較長(zhǎng)，所處的環(huán)境比較密閉，對(duì)其故障進(jìn)行定位不太容易。本體線纜故障有化學(xué)損傷、過(guò)電壓破壞、機(jī)械損傷以及本體缺陷等，機(jī)械損傷主要源于外力破壞。

1.2 按故障的性質(zhì)劃分

根據(jù)故障點(diǎn)絕緣電阻值劃分有三種故障模式：開(kāi)路、低阻以及高阻故障。如果更為細(xì)致地劃分又包括相間開(kāi)路故障和單相開(kāi)路故障。

（1）開(kāi)路故障

在電纜之間和相對(duì)地的絕緣電阻值正常，但是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)載能力差，這些故障都統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)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，如果小于10倍正常的電纜特性阻抗值，就是低阻故障，采用低壓脈沖反射法進(jìn)行測(cè)量。

（3）高阻故障

和正常值相比，很明顯出現(xiàn)10倍的電纜特性阻抗以上，而且相對(duì)地的絕緣電阻在正常值以下就是高阻故障。其具體分類(lèi)有閃絡(luò)性和泄漏性的故障，在測(cè)量和解決故障時(shí)利用低壓脈沖反射法，主要是根據(jù)故障的具體表現(xiàn)性質(zhì)決定的。

1.3 其他故障分類(lèi)方法

根據(jù)故障外觀特性分類(lèi)：外露性故障和封閉性故障；根據(jù)故障材料分類(lèi)：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(lèi)：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 電纜發(fā)生故障的原因分析

2.1 施工質(zhì)量原因

施工質(zhì)量導(dǎo)致高壓電纜系統(tǒng)故障的原因很多：（1）現(xiàn)場(chǎng)條件比較差，電纜和接頭制造時(shí)環(huán)境和工藝要求都很高，而施工現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、灰塵都不好控制。（2）電纜施工過(guò)程中在絕緣表面難免會(huì)留下細(xì)小的劃痕，半導(dǎo)電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，接頭施工過(guò)程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會(huì)吸入水分，這些都給電纜長(zhǎng)期安全運(yùn)行留下隱患。（3）安裝時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照工藝施工或工藝規(guī)定沒(méi)有考慮到可能出現(xiàn)的問(wèn)題。（4）竣工驗(yàn)收采用直流耐壓試驗(yàn)造成接頭內(nèi)形成反電場(chǎng)導(dǎo)致絕緣破壞。（5）因密封處理不善導(dǎo)致故障。中間接頭必須采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)施工中保證鉛封的密實(shí)，這樣有效保證了接頭的密封防水性能。

2.2 設(shè)計(jì)、敷設(shè)施工原因

我國(guó)的電纜設(shè)計(jì)知識(shí)體系主要來(lái)源于實(shí)踐，電纜設(shè)計(jì)水平整體不高。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(wèn)題就可能成為長(zhǎng)期安全運(yùn)行的隱患。采用專(zhuān)業(yè)的施工隊(duì)伍，提高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 檢測(cè)方法分析

3.1 電纜故障點(diǎn)的精確定位

（1）對(duì)于低阻型故障，通常采用電橋法和低壓脈沖法進(jìn)行測(cè)距。

電橋法是利用回路電橋平衡法對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行探尋，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、精確度高，缺點(diǎn)是不能測(cè)量高阻型故障和閃絡(luò)型故障。

低壓脈沖法是測(cè)試時(shí)向電纜注入一低壓脈沖。該脈沖在電纜中的傳播速度基本一定，對(duì)于油浸紙絕緣電纜速度V＝160 m／μs；塑料電纜V＝170～220 m／μs；橡膠電纜V＝220 m／μs。該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)，如斷路點(diǎn)、短路點(diǎn)、中間接頭等，通過(guò)故障點(diǎn)反射脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差原理來(lái)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)波形的性質(zhì)還可以判斷故障的性質(zhì)。低壓脈沖法的缺點(diǎn)是，對(duì)于近區(qū)短路故障測(cè)試有盲區(qū)（可以在電纜另外一頭再進(jìn)行測(cè)試），也不能用于測(cè)量高阻和閃絡(luò)故障。

（2）對(duì)于高阻型和閃絡(luò)型故障也可以用直閃法和沖閃法進(jìn)行測(cè)試，沖閃法逐漸增加電壓給電容器充電，當(dāng)電壓到達(dá)某一值球間隙擊穿，電容對(duì)電纜放電，高壓脈沖信號(hào)施加于電纜使故障點(diǎn)擊穿，通過(guò)分析故障點(diǎn)擊穿放電所產(chǎn)生的脈沖電流波形測(cè)試故障點(diǎn)距離。沖閃法與直閃法是比較常用的檢測(cè)方法，沖閃法與直閃法的區(qū)別是“直閃法”為去掉球間隙直接對(duì)電纜加高壓脈沖信號(hào)。

通過(guò)以上幾種方法，可以測(cè)定電纜故障點(diǎn)的大概距離，但是為了便于組織處理，還必須對(duì)其進(jìn)行精確定位。首先要查看電纜敷設(shè)時(shí)的原始資料，對(duì)電纜的走向、敷設(shè)方式、中間接頭的位置進(jìn)行了解。有的時(shí)候由于原始施工資料不很齊全，知道電纜的故障距離，但不知道具體到了什么位置，這個(gè)時(shí)候就要用電纜路徑儀器探測(cè)出電纜路徑。

3.2 高壓電纜故障防范措施

電力電纜作為電力系統(tǒng)重要的組成部分，減少其故障發(fā)生率具有重大意義，可以從以下方面采取措施：（1）加強(qiáng)電纜質(zhì)量檢驗(yàn)工作。生產(chǎn)質(zhì)量是企業(yè)的生命線。電纜生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)章進(jìn)行生產(chǎn)，加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部電纜質(zhì)量的管理，提高質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格地按照規(guī)定對(duì)生產(chǎn)的電纜產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)工作，杜絕問(wèn)題電纜流向市場(chǎng)。監(jiān)督部門(mén)也應(yīng)該對(duì)企業(yè)出廠的電纜產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，如定期對(duì)電纜進(jìn)行抽樣檢查，以確保電纜質(zhì)量；（2）保證電力設(shè)計(jì)質(zhì)量。各電力設(shè)計(jì)院是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的部門(mén)，應(yīng)充分發(fā)揮其在整個(gè)電力系統(tǒng)規(guī)劃、實(shí)施過(guò)程中的重要作用。努力提升各單位設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，并在各地設(shè)計(jì)單位之間加強(qiáng)交流和學(xué)習(xí)，對(duì)出現(xiàn)在不同地方的電纜故障問(wèn)題進(jìn)行通報(bào)與原因探討；（3）提高電纜安裝質(zhì)量。電纜安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境復(fù)雜，對(duì)安裝技術(shù)要求較高，電纜施工隊(duì)伍應(yīng)提高自身的技術(shù)素養(yǎng)，并嚴(yán)格按照安裝規(guī)范進(jìn)行，電纜接頭安裝人員更應(yīng)如此。在電纜敷設(shè)時(shí)采用牽引方式應(yīng)防止轉(zhuǎn)彎處的側(cè)壓力過(guò)高，接頭安裝時(shí)應(yīng)注意采用好的工藝措施保證安裝水平，并在施工中不斷總結(jié)。