220kV超高壓電纜故障分析及處理

趙斌

摘要：在220kV超高壓電纜的使用過程中，除了需要在發生故障的第一時間進行故障排除，還需要在日常運行中對電纜的運行狀態進行監測，在這兩部分系統的運行過程中，兩個系統可進行集成，實現對電纜運行狀態的有效觀測。傳統方式為應用人力方式進行故障分析以及運行狀態檢測，這種方式需要消耗大量成本，并且效果較為一般，在當前的科技發展中，需要應用新的形式完成工作。

關鍵詞：220kV;電纜故障;處理

前言

隨著中國經濟的快速發展，全社會用電量逐年增長，電網結構變得日益復雜。但低成本的蜘蛛網式的架空線不僅影響城鎮化的推進，也會給城市市容造成一定的負面影響，為加快城鎮化建設進程，提高土地資源利用率，由電纜入地工程代替架空線是現代化城市建設的必然趨勢。電纜敷設在地下，具有不占地面空間和維護費用較少的優點，但隨著電纜的大量投運，電纜安裝工藝等因素所導致的電纜線路故障也越來越多，本文以多年來從事電纜試驗和搶修工作中遇到的故障問題為依據，對導致高壓電纜故障的原因做簡要分析。

1 220kV超高壓電纜故障類型介紹

超高壓電纜在投入運行之后會受到各種因素的影響，從而導致電纜出現故障。導致電纜故障的原因主要包括以下幾點：①電纜質量問題，在電纜生產過程中，由于技術人員技術、生產工藝等問題，造成110kV高壓電纜出現絕緣偏心、絕緣解蔽均勻性差、電纜金屬護套密封性能較差等問題。這些問題最終都會導致電纜故障;②規劃設計因素，在工程設計階段，設計人員對于電纜的相關知識較為欠缺，未能綜合各個方面的因素來進行全面分析，導致在實際施工中發生電纜轉彎半徑不足、現場無法進行纜線敷設等各類問題，甚至會導致故障的發生;③施工因素，工程的施工環境較為惡劣、電纜接頭施工存在問題、施工流程沒有嚴格按照規范進行;④電纜運行問題，電纜長期處于超負荷運行狀態下或者電纜運行環境惡劣的情況下，電纜容易出現故障;⑤外力破壞，電纜在鋪設過程中或者鋪設后遭到外力的破壞[1]。

2故障性質分類、測試、精確定點方法選擇

（1）低阻故障———電纜有一芯或多芯對地絕緣電阻低于幾百歐姆的故障。這種故障通常用低壓脈沖法測距，低壓脈沖法就是向故障電纜的導體輸入一個脈沖信號，通過觀察故障點發射的脈沖與觀察到反射脈沖的時間差來進行運算得到距離。低壓脈沖法一般操作比較簡便、波形直觀明顯、對電纜損傷小，而且可以讓我們清楚意識到導致故障的原因就是低阻故障。低阻故障目前還沒有有效的精確定點方法。

（2）高阻故障———電纜一芯或多芯對地絕緣電阻值低于正常值但高于幾百歐姆的故障。這種故障測試可采用脈沖電壓法、脈沖電流法、二次脈沖法（多次脈沖法）。脈沖電壓法是對故障電纜加上直流高壓或沖擊高壓，使電纜故障點在高壓下放電，然后通過儀器觀察放電電壓脈沖在測試端到放電點之間往返一次的時間進行測距。這種方法又可細分為直流高壓閃絡測量法和沖擊高壓閃絡測量法[2]。脈沖電壓法有一個較為突出的優勢就是不必將高阻與閃絡性故障燒穿，電纜故障點只要在高電壓下充分放電、擊穿，就可以測出故障點的距離，但用這種方法測試時，測距儀器與高壓部分有直接的電氣連接，可能會有安全隱患。脈沖電流法原理與脈沖電壓法一樣，但該方法是在直流高壓發生器的接地線上套一只電流耦合器，來采集線路中因故障點放電而產生的電流行波信號，因電流耦合器與高壓部分無直接的電氣連接，該方法安全性更高。二次脈沖法（多次脈沖法）是相對較為先進和精確的一種測試方法，該方法通過高壓脈沖發生器給存在高阻或閃絡性故障的電纜施加高壓脈沖，使故障點產生弧光放電。由于弧光電阻很小，在燃弧期間原本高阻故障就變成了低阻短路故障，此時通過耦合裝置向故障電纜注入一個低壓脈沖信號，可明顯觀測到故障點的低阻反射脈沖;在電弧熄滅后，再向電纜注入一個低壓脈沖信號，此時由于電纜故障點恢復為高阻，低壓脈沖信號在故障點處沒有反射或反射極小，通過對比帶電弧的波形和無電弧的波形，即可精確找出波形分歧點（故障點）的距離。對于高阻故障精確定點一般利用聲磁同步法。

（3）電纜護層故障，高壓單芯電纜上所設置的金屬屏蔽層的作用相當重要，其主要是使得電容電流在電路正常使用的情況下能夠正常地被運輸至線路各個路段中。同樣作為安全方面的預防措施，當電路當中某處由于短路的情況導致危險發生時，金屬屏蔽層可以作為短路的極度變大的電流的一個安全通道，同時由于金屬屏蔽層的存在可以起到屏蔽電場的一個作用。金屬屏蔽層在通電狀態下的高壓單芯電纜中能夠產生感應電壓，所以能起到屏蔽電場的作用[3]。檢測高壓單芯電纜護層故障的常用方法是低壓脈沖波反射法和電橋法。其中，電橋法主要包括直流電橋法、壓降比較法和直流電阻法等。電橋法通過測量故障電纜從測量端到故障點的電阻，依據電阻率計算出故障距離，或者通過測量電纜故障段與全長段的電壓降比值，再和全長相乘計算出故障距離的一種方法。電橋法對于高壓單芯電纜的護層故障和絕緣電阻在幾千歐以內的主絕緣電阻故障都是適用的。

3 220kV超高壓電纜故障預防處理措施

1）電纜終端和電纜中間接頭制作人員應持證上崗。2）對于電纜制作應根據廠家安裝制作說明書，將說明書書中的制作尺寸，制作工藝流程等技術要點在現場電纜施工方案中詳細體現，做好方案相關簽發審批流程。3）嚴格按照廠家安裝說明書進行制作電纜頭，派專業人員嚴管制作過程，有條件的可以要求廠家進行現場指導，確保對制造工藝的質量控制。4）充分考慮電纜制作時的天氣溫度、環境濕度以及周圍灰塵等因素，嚴禁為趕進度工期而不進行有效控制。5）加強電纜質量檢驗工作。上海地區為提高電纜制造質量，采取派人在廠家監造的措施，在監造過程中發現了不少問題，收到良好效果。北京地區一直執行現場接頭前電纜質量檢驗，發現了不少問題，但這一措施也有局限性，就是現場只能進行外觀檢驗，無法了解絕緣內部情況。同時電纜生產廠家也應加強質量管理，提高質量意識，嚴格出廠前的試驗和檢驗工作，杜絕不合格產品流入市場[4]。6）電纜終端頭、中間接頭制作中做好密封處理以及防水防潮處理，不得使用劣質或過期的密封膠和防水材料。7）加強電纜工程相關資料管理及歸檔，應包含以電纜廠家資料、附件廠家資料、電纜路徑走向、中間接頭位置、監理見證記錄、金屬屏蔽層接地方式、安裝報告、試驗報告等。8）加大運行監測力度。很多人認為電纜系統可以免維護，這種觀點是錯誤的。以前因為沒有好的監測手段，電纜運行部門只能加強巡視，現在紅外線測溫在一些地方開始使用，一些地方還在接頭部位安裝了溫度監測系統，局部放電技術開始進入實用階段。各地運行部門應根據實際情況開發或采用相應的檢測手段，做到提前預防。

總結

在高壓電纜的故障分析過程中，需要按照常見的故障類型選擇故障分析技術，對于低阻故障，可應用低壓脈沖法達成目的，對于高阻故障，常用的方式為沖閃法。而在高壓電纜的運行狀態檢測中，需要建設狀態檢測系統，該系統中需要應用相關的傳感器收集運行數據，通信系統將這些數據傳送到控制中樞中，實現對運行狀態的有效檢測。

參考文獻

[1]董丹丹.500kV電力電纜施工設計與管理關鍵技術研究[D].鄭州大學，2017.

[2]張云柯，李博通，賈健飛，荊方杰，劉軼超.帶并聯電抗器的超高壓電纜-架空混合線路三相永久性故障識別方法[J].電力自動化設備，2017，37（10）：107-111+125.

[3]張云柯.超高壓電纜—架空線混合線路故障定位方法及自適應重合閘技術研究[D].天津大學，2017.

[4]徐鴻燕.跨海大橋超高壓電力電纜對鐵路信號線路影響研究[J].電氣應用，2015，34（14）：144-148.