基于狀態評價的輸電電纜差異化檢修決策策略及檢修研究

中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司 童 威

1 引言

當前，隨著新能源發電行業及電網系統的持續發展，電纜使用率居高不下，傳統模式下的檢修計劃已無法滿足新時期的社會發展要求，無法滿足社會的穩定、高效供電要求。故障診斷和在線檢測為載體的狀態檢修逐漸成為未來發展主流趨勢，為此需要針對輸電電纜的狀態評價方法進行深入研究，支持科學決策，提升整體檢修質量。

2 不同材質電纜發展概況

針對不同材質的輸電電纜主要特性對比分析結果見表1。

表1 不同材質電纜特性對比

鋁芯電纜和銅芯電纜是傳統電纜類型，擁有長時間應用經驗，對應制作工藝十分成熟，為此在選擇中需要同時考慮經濟性和應用性能。結合鋁合金良好的應用性能和低廉價格等特征分析，隨著我國相關規范規程以及制作工藝的成熟發展，會進一步擴大鋁合金電纜應用范圍[1]。

3 電纜截面積選擇

針對電纜相關截面積設計中，需要聯系以下因素進行綜合考慮，一是長期允許載流量，為了延長電纜應用壽命，提升電纜運行安全性，電纜通電后溫度參數需要控制在長期允許溫度范圍內，交聯絕緣聚乙烯電纜是90℃，聚氯乙烯電纜是70℃。計算得到相應的電纜載流量后，可以選擇長期允許載電流相對偏大或更接近的標準截面積。二是經濟電流密度，電纜截面積會對線路電能損耗以及投資成本產生直接影響，為了節約投資，盡量縮小電纜截面積。為了控制電能損耗，建議適當擴大電纜截面積。綜合考慮，最終確定最佳電纜截面積是經濟截面積，相對應電流密度是經濟電流密度。結合設備年運行時間，查表獲得經濟電流密度，在得到經濟截面后，進一步選擇偏小標準截面積。三是壓降，因為電纜長度較長，結合電纜設備自身阻抗，設備啟動運轉中會形成壓降，設備側電壓小于某種限值，容易使設備發熱。假如前兩種方法無法對電纜截面積進行合理選擇，需要進一步擴大電纜截面積，實施全面復核，到電纜面積滿足標準規范要求[2]。

4 電纜附件選擇

電纜附件具體設計、制作、選擇和安裝質量會對設備的穩定、可靠運行產生較大影響。那些質量較差電纜附件以及電纜附件制作、安裝工藝不足，容易導致電纜運行中產生漏電、膨脹等問題，導致電纜頭故障，出現運行事故。為此，需要慎重選擇電纜附件的制作、安裝方法，盡量選擇質量好，并且與電纜匹配附件以及專業化的電纜附件組裝隊伍，對于電纜鋪設工作具有重要作用[3]。

5 輸電電纜狀態評價思路

狀態維修主要是以設備運行狀態為基礎進行科學評價，設備整體運行狀態能夠體現出設備操作質量達標與否，準確顯示出狀態等級，設備運行狀態相關分析評價需要借助各種檢測裝置和設備運行特征，按照標準規范，科學評估設備實際操作效果。電氣設備的實際操作狀態可以進一步分成異常狀態、注意狀態、正常狀態以及嚴重狀態四種形式。開始設備狀態評價前需要率先明確能夠準確反映出不同部件和設備的具體特征量。

針對電力傳輸電纜實施性能評價中，需要綜合考慮預防性故障、運行巡檢、試驗判斷以及檢修歷史信息等，對不同設備狀態開展橫縱分析，做好各項數據對比，綜合設備實際運行狀態，對電力傳輸電纜整體操作狀況進行科學評價。設備評估形式多樣，比如神經網絡分析、層次判斷以及綜合評價、故障樹與設備評分等。通過分析電力傳輸線纜的評價指標可以發現分為定量和定性兩部分，定性評價指標所占比重較大，采用多種方法開展綜合分析和數據對比，考慮評價對象運行特征以及特征量，應用多層分析以及模糊分析等方法評價電力傳輸效果。

該措施同時兼具多維指標，綜合考慮傳輸電纜的電氣、熱以及機械性能，綜合考慮家族缺陷、運行環境和操作時長等內容。電力傳輸線纜涵蓋電纜傳輸通道、電纜設備、電纜接頭、終端設備以及接地系統等內容，需要密切聯系電纜組成結構，對電纜運行效果進行科學設計，優化評價目標層。相關特征量指標涵蓋多樣設備元件，能夠從不同層面呈現出設備運行狀態，包含聲音、圖像以及試驗數據[4]。

6 輸電電纜相關差異化檢修策略

在新時期發展背景下，要想進一步提升電網運行穩定性和可靠性，需要大力開展電網建設工作，重點組建強電網系統，易導致投資規模大范圍擴大，為此針對輸電電纜實施檢修決策中，需要進一步聯系現實發展狀況，保證滿足運行經濟性要求，提升設備運行穩定性，選擇差異化檢修方案，針對繼電裝置的故障檢修損耗實施綜合比較分析，明確對應輸電電纜的具體檢修決策，選擇停電檢修或是持續運行。如果持續運行，可以給出下次檢測時間建議。對應停電檢修損失，以及持續運行后果需要聯系停電時間進行考慮。

選擇狀態決策檢修策略，同時考慮經濟性和可靠性等因素影響，該策略消耗資源少，能夠有效維持設備穩定性、安全性和可靠性，合理選擇邏輯決斷措施判斷設備在現有狀態下是否需要實施檢修處理。借助狀態檢修系統研究電力傳輸電纜不同檢修策略，系統分析供電企業、電力用戶的故障率和停電損耗，綜合考慮后續穩定運行以及檢修成本等內容設計檢修計劃，聯系可靠、經濟性指標對不同檢修策略的實施效果實施量化分析。可以實施風險評估，比較計劃檢修執行后成效以及不檢修風險，可為檢修決策提供有效參考指標，為順利開展檢修決策提供有效參考依據。

7 輸電電纜典型故障缺陷和檢修方法

7.1 充油電纜對應終端壓力箱故障檢修

研究充油電纜對應終端壓力箱方面的故障缺陷和檢修措施，通過分析發現產生漏油的原因主要包括以下幾點：一是電纜附件經過長時間運行，油壓箱因為長時間的風吹雨淋，產生了嚴重的銹蝕問題，使油壓箱產生失壓以及漏油問題；二是運維檢修人員針對壓力箱實施除銹，未能對壓力箱銹蝕狀況實施準確判斷，導致壓力箱加速損壞。

針對充油電纜對應終端壓力箱實施故障檢修中，對于其中的漏油問題，可以重新替換壓力箱。因為備品內的絕緣油整體儲存時間較長，初步超出10年，為此需要開展介損試驗以及耐壓試驗，兩種試驗參數分別是0.0005和50000V，滿足具體要求。備品內部絕緣油經過試驗后，現場人員即刻實施換箱工作，因為不存在戶外充油式終端圖紙，需要全面檢測戶外充油終端配件。拆除三通閥對應端油管，發現該部分存在逆止功能損傷，即刻設置塞止頭，避免絕緣油外流。同時，替換全新壓力箱，將新型壓力箱和油管之間進行有效連接，啟動新壓力箱對應閥門，順利排除油管內部空氣。

7.2 電纜終端沉降故障檢修

總結電纜終端沉降成因包括以下幾種因素：一是水土流失，高層建筑以及地鐵線路容易使施工部位周圍環境產生水土流失問題。如果電纜終端于相關施工點周圍實施施工建設中，容易使電纜終端和電纜走廊產生下沉問題。二是地面覆土較厚，并利用各種重型裝置實施地面平整和壓實工作，容易使該部分地區電纜下沉，盡管不同地質對應下沉程度也各不相同，但會使電纜終端產生一定反應。三是地質原因，比如工程地區的土壤環境以液化砂土以及軟土為主，容易增加地面沉降隱患。同時，電纜塔內終端架構未能合理設計，或是在混凝土澆筑施工中產生失誤，把混凝土和電纜保護管以及電纜進行共同澆筑。

針對上述問題可以參考以下解決措施，終端場外電纜走廊中的特殊沉降問題，可以結合實際沉降狀況拆除原有電纜溝，并于纜溝下層實施基礎處理，對電纜溝進行重新制作。對于終端場內走廊實施處理中，需要率先將相關電纜改造成電纜溝，和地面維持齊平，并在電纜溝以及地面進行混凝土澆筑工作。施工中，需要率先對電纜進行砌磚保護以及膠墊包裹，隨后實施澆筑，避免將電纜保護管和電纜澆筑融合。電纜塔對應構架改造中，需要從兩種層面入手實施改造，第一是提升電纜塔架構機械性能，替換核心受力塔材，增設支撐塔材。第二是增設電纜夾具，將夾具直接設置在電纜中，無需安設在保護管中。

7.3 電纜外保護層故障檢修

技術護套在感應電壓環境下，導致螺栓和金屬護套產生環流，螺栓周圍出現較高熱量，導致固定螺栓外部膠墊、護套出現燒毀和焦化現象。針對該故障可以選擇以下處理措施：一是在停電前進行暫時性處理，直接拆除各種支架，斷開過流通道，護套和墊層被燒毀主要原因是接地金屬支架以及對應金屬護套形成電流回路，需要將其中故障部位及時拆除，全面斷開護套過流，控制故障蔓延。故障區域護套需要額外做好防水、絕緣處理。如果處于帶電運行狀態，不能順利檢測鋁護套相關穿孔電纜是否損傷外半導電層以及出現絕緣層破壞，無法對鋁護套開展封鉛操作。為此，需要做好故障環節的防水、絕緣處理，利用瀝青材料填補故障部位，減少絕緣擊穿概率，保障隧道內操作人員安全，隨后在瀝青帶中合理纏繞PVC 帶以及防水帶，結束臨時處理后，減少鋁套受潮現象，減少滲水問題。

二是進行停電處理，聯系電線整體損傷狀況，設計差異化檢修策略，考慮故障普遍性，在結束檢修后做好電力線纜外部保護層檢測試驗。解剖缺陷部位，有效處理外半導電層，科學處理主絕緣損傷。在現場停電處理過程中，停電后，把缺陷部位鋁護套、外護套、阻水帶徹底去除，進一步發現電纜外半導電層產生燒焦凹陷問題，將外半導電層去除后，可以發現主絕緣部分產生從白變黃的現象，拋除主絕緣1mm 后細致觀察，發現主絕緣依然是焦黃色。按照既定方案借助兩端蛇形設置電纜余線，駁接電纜，重新制作接頭。

8 結語

隨著輸電電纜的應用發展，電纜的運行時間逐漸增加，為此需要針對運行輸電電纜實施全面狀態檢測和科學評價，進一步研究形成狀態評價為基礎的輸電電纜運維檢修策略，以及故障問題檢修方法，進一步優化提升整個輸電電纜的運行可靠性和經濟性。