10 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜常見故障分析處理及防范措施

李 灝

（國網(wǎng)四川省電力公司自貢供電公司，四川 自貢 643000）

0 引 言

近年來，隨著城市化建設(shè)的快速推進(jìn)，為適應(yīng)城市用電需要，保障供電可靠性，10 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路在城市建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。但是，電纜線路絕大部分敷設(shè)在地下，相比架空線路具有更大的檢查和維修難度，因此對電力電纜的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文以自貢市城區(qū)10 kV配網(wǎng)交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路運(yùn)行資料為依據(jù)，對電纜故障發(fā)生的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防范措施。

1 配電電纜故障情況和原因分析

1.1 10 kV配網(wǎng)電纜的常見電纜故障

10 kV配網(wǎng)電纜的常見電纜故障有以下幾類[1]。

（1）接地故障：變電站保護(hù)接地裝置發(fā)出接地信號。它可分為瞬時(shí)性接地故障和永久性接地故障兩種。危害：單相接地，造成另外兩相電壓升高、破壞絕緣。

（2）閃絡(luò)性故障：當(dāng)電壓達(dá)到某一定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿；反之，當(dāng)電壓降到某一值時(shí)，絕緣恢復(fù)。危害：使電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

（3）短路故障：永久金屬性短路，絕緣無法恢復(fù)。危害：造成線路全停。

（4）斷線故障：電纜線芯絕緣可能良好，但金屬導(dǎo)體不連續(xù)。

（5）混合型故障：有兩種及以上的故障。

1.2 電纜故障原因

根據(jù)自貢市10 kV配網(wǎng)電纜線路近年來故障的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，造成電纜故障的主要原因有以下幾類。

（1）外力破壞

近年來，隨著城市建設(shè)的不斷加快，各類工程建設(shè)使用了大量大型機(jī)械，施工時(shí)野蠻施工，再加上一些電纜在敷設(shè)時(shí)沒有根據(jù)規(guī)定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，導(dǎo)致電纜被硬物劃傷發(fā)生故障。另外，敷設(shè)時(shí)牽引力過大，也會(huì)使電纜受損出現(xiàn)電纜故障。

（2）電纜制作工藝不當(dāng)

安裝現(xiàn)場的溫度、濕度和清潔度不符合安裝工藝要求。比如，在雨、霧、風(fēng)沙等有嚴(yán)重污染的環(huán)境中安裝電纜附件，容易造成制作工藝不良。

（3）電纜頭附件存在質(zhì)量問題

電纜頭附件的質(zhì)量不合格，會(huì)導(dǎo)致冷縮或熱縮電纜附件不能縮到位。

（4）過電壓、過電流影響

過電壓會(huì)使有缺陷的電纜絕緣層發(fā)生電擊穿，引起電纜故障。主要原因是大氣過電壓、內(nèi)部過電壓。

（5）絕緣老化受潮影響

電纜長期過負(fù)荷工作會(huì)提前發(fā)生絕緣老化現(xiàn)象，多發(fā)生在電纜中間頭、終端頭或電纜轉(zhuǎn)彎處附近等。

2 10 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路的故障查找、分析及處理

配電電纜線路在長期運(yùn)行過程中，后期制作的電纜接頭成為電纜的薄弱點(diǎn)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增減，制作工藝缺陷、環(huán)境潮濕等問題都會(huì)導(dǎo)致電纜接頭發(fā)生故障。本文以自貢市某配電電纜線路中間接頭高阻接地故障為例，分析電纜發(fā)生故障的原因，并提出了處理方法。

2.1 故障現(xiàn)象

該配電線路的供電方向?yàn)椋?10 kV某變電站10 kV線路925開關(guān)——某開關(guān)箱911開關(guān)電纜。該電纜長度為1 994 m，電纜型號為YJV22-8.7/15-3×300 mm2，投運(yùn)時(shí)試驗(yàn)正常。故障現(xiàn)象：該10 kV線路925開關(guān)過流Ⅰ段動(dòng)作。

2.2 電纜故障定位查找

故障電纜性質(zhì)判斷：

（1）隔離故障電纜兩端帶電部位，拆除故障電纜兩端電纜頭。

（2）選用2 500 V/10 000 MΩ兆歐表測試時(shí)轉(zhuǎn)速為120 r/min。對電纜三相線路進(jìn)行絕緣電阻測試，測試結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 110 kV某變電站10 kV線路925開關(guān)——某開關(guān)箱911開關(guān)電纜

（3）用萬用表對故障電纜進(jìn)行測量阻值，測量B相對地電阻為1 MΩ，C相對地電阻為1 500 Ω，A相對地電阻為∞。用萬用表做導(dǎo)通試驗(yàn)，均導(dǎo)通，無斷線情況。

（4）高阻故障其阻值一般為100～400 Ω，低阻故障一般為100 Ω，由此判斷為相間短路引起的高阻故障。

（5）使用LW50波反射法電纜故障定位儀，在完好A相用低壓脈沖法測量電纜全長，所得波形如圖1所示，得到結(jié)果為1 990 m。該電纜檔案數(shù)據(jù)為1 994 m，基本符合。

圖1 電纜全長波形圖

（6）采用高壓沖閃測試波形確定故障距離。

根據(jù)故障交流聚乙烯電纜運(yùn)行資料，設(shè)定高壓沖閃波速為172 m/μs，工作電壓為10 kV，測試波形如圖2所示。

圖2 高壓沖閃測試波形

（7）根據(jù)測試波形，確定故障距離在1 052 m處。

根據(jù)測定的故障距離，在距測試端1 052 m左右。利用故障定位儀進(jìn)行準(zhǔn)確定位，最終在距測試端1 052 m的-4 m處，聽到故障點(diǎn)的放電聲最大，準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，如圖3、圖4所示。

圖3 電纜故障圖一

圖4 電纜故障圖二

2.3 電纜故障分析

對金屬屏蔽層、半導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層進(jìn)行剝切，解剖結(jié)果如圖5所示。從解剖結(jié)果來看，半導(dǎo)電屏蔽層與金屬銅屏蔽層交界處存在放電現(xiàn)象，確定為本次故障的放電起始點(diǎn)。表面燒穿口則是界面爬電現(xiàn)象發(fā)展到貫穿主絕緣表面所致，而固體絕緣發(fā)生界面放電的根本原因是電場應(yīng)力集中。

圖5 故障電纜解剖圖

根據(jù)對故障交聯(lián)聚乙烯電纜中間頭解體情況分析，確定導(dǎo)致該冷縮式電纜中間接頭被擊穿的原因如下。半導(dǎo)電層剝離不齊，金屬屏蔽尖角沒有處理好，半導(dǎo)電層與金屬屏蔽之間和主絕緣之間平穩(wěn)過渡沒有處理好（施工時(shí)為了防止銅屏蔽層松散，用pvc膠布將銅屏蔽層纏繞固定，在纏繞半導(dǎo)電過渡層時(shí)又沒有將pvc膠布撕掉），導(dǎo)致電纜接頭金屬屏蔽層和半導(dǎo)電屏蔽層的切斷處產(chǎn)生電應(yīng)力集中現(xiàn)象，改變了電纜原有的電場分布，產(chǎn)生了對絕緣極為不利的畸變電場（沿導(dǎo)線軸向的電力線）[2]。剝?nèi)テ帘螌有揪€的電力線向屏蔽層斷口處集中，屏蔽層斷口處是電纜最容易被擊穿的部位，如圖5所示。

2.4 電纜故障的處理及注意事項(xiàng)

重新制作冷縮中間頭（廠家為長沙電纜附件有限公司，型號JLS 6-15 kV），按照廠家提供的制作工藝重新恢復(fù)。在重新制作交聯(lián)聚乙烯電纜中間接頭時(shí)，要特別注意電纜半導(dǎo)電屏蔽層與金屬銅屏蔽層之間要實(shí)現(xiàn)電位平穩(wěn)過渡，防止再次放電造成故障。具體處理方法如下：將交聯(lián)聚乙烯電纜銅屏蔽，半導(dǎo)電層、電纜主絕緣按施工工藝處理好后，如圖6所示。在收縮電纜冷縮管前，利用半導(dǎo)電帶緊密纏繞電纜銅屏蔽、半導(dǎo)電層，在電纜主絕緣處搭接纏繞2 mm，以實(shí)現(xiàn)電纜半導(dǎo)電層與金屬銅屏蔽層之間電位平穩(wěn)過渡，避免再次放電引起故障。

圖6 單根交聯(lián)聚乙烯電纜處理示意圖

3 10 kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜故障的防范措施

眾所周知，電纜中間頭有冷縮中間頭和熱縮中間頭之分。出于成本考慮，過去在制作材料上一般采用熱縮中間頭。熱縮中間頭在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)產(chǎn)生絕緣性能降低、不能長期在潮濕的環(huán)境運(yùn)行等情況。冷縮中間頭具有高彈性、抗老化、防腐蝕、優(yōu)良的防水性、極佳的抗污穢性、絕緣強(qiáng)度高、安裝簡便和使用可靠的特點(diǎn)。冷縮技術(shù)又稱預(yù)擴(kuò)張技術(shù)，利用的彈性橡膠材料具有“彈性記憶”特性，安裝時(shí)只需在正確安裝位置上抽出襯管塑料，彈性橡膠體便迅速收縮并緊箍于所需安裝部位。

電纜中間接頭是電纜線路中的薄弱環(huán)節(jié)，大部分的電纜線路故障都發(fā)生在這里。也就是說，電纜中間接頭質(zhì)量的好壞直接影響電纜線路的安全運(yùn)行。

為降低電纜故障發(fā)生率，應(yīng)做好以下防范措施：

（1）采用冷縮式電纜中間頭和冷縮式戶內(nèi)（外）電纜頭；

（2）嚴(yán)格把關(guān)試驗(yàn)和驗(yàn)收；

（3）加強(qiáng)巡視防止外力破壞；

（4）加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)科學(xué)管理設(shè)備。

4 結(jié) 論

提高電纜運(yùn)行質(zhì)量，降低故障率，是一個(gè)綜合而復(fù)雜的課題。隨著自貢地區(qū)城市建設(shè)的快速發(fā)展，城區(qū)電纜建設(shè)將是電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，需要進(jìn)一步提高建設(shè)施工質(zhì)量，加強(qiáng)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)，使其及時(shí)掌握電纜設(shè)備新技術(shù)、新知識(shí)及施工技術(shù)要求，減少由于安裝工藝引起的電纜事故，打造一支高素質(zhì)的電網(wǎng)運(yùn)檢隊(duì)伍，降低電纜故障發(fā)生率。