高壓電纜故障的分析判斷和故障點(diǎn)查找

陸毅

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司）

高壓電纜在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛，具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高和占地少等優(yōu)點(diǎn)，是確保供電網(wǎng)絡(luò)得以安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。在高壓電纜運(yùn)行過程中，由于各方面因素影響，增加了電纜故障的發(fā)生率，不僅會對人們的正常生活和生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)斐杀容^大的經(jīng)濟(jì)損失，會降低用戶用電體驗感。為了避免上述問題的發(fā)生，則需要做好220kV高壓電纜故障分析工作，結(jié)合實(shí)際情況做好故障判斷和故障點(diǎn)查找工作，然后制定有效預(yù)防和解決措施，以此來提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率。

一、高壓電纜故障類型

1.電纜老化

220kV 高壓電纜長期運(yùn)行階段，由于受電、光、熱、機(jī)械等諸多因素的影響，會導(dǎo)致電纜出現(xiàn)老化現(xiàn)象，不僅降低了電纜絕緣性能，還會增加電纜故障的發(fā)生率。通常情況下，220kV 高壓電纜使用30 年后，加之外界環(huán)境因素的影響，將會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，具體如下：

（1）環(huán)境當(dāng)中的水分子若進(jìn)入絕緣層，在電纜長期運(yùn)行下會形成水樹枝，逐漸導(dǎo)致絕緣擊穿。

（2）如果220kV 高壓電纜線路熱源相距比較近時，且長時間經(jīng)受高溫后，將會出現(xiàn)電纜熱老化現(xiàn)象。

2.電纜附件故障

220kV 高壓電纜對其附件提出了較高要求，由于其制作工藝相對比較復(fù)雜，導(dǎo)致高壓電纜的終端、接頭等附件極易發(fā)生故障。如今，220kV 高壓電纜常見附件故障如下：

（1）在電纜終端、中間接頭制作存在質(zhì)量問題，如在導(dǎo)體連接管壓接、導(dǎo)線壓接等制作階段，未能夠按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來開展工作，從而導(dǎo)致附件質(zhì)量低下，誘發(fā)一系列的安全故障。

（2）在電纜接頭制作階段，周圍環(huán)境濕度不滿足標(biāo)準(zhǔn)，不僅會影響電纜的絕緣性能，也會增加電纜擊穿故障的發(fā)生率。

（3）附件制作材料不符合要求，導(dǎo)致電纜附件膨脹系數(shù)與本體間存在比較大的差距，進(jìn)而降低電纜的密封性能，增加短路故障的發(fā)生率。

3.電纜護(hù)層故障

為了盡可能降低電纜主體所遭遇的侵蝕損壞程度，一般會選擇將保護(hù)套增加至電纜外層，這就要求電纜護(hù)層具備較好的絕緣性能，以達(dá)到提高電纜護(hù)層整體性能的目的。在220kV 高壓電纜中，電纜護(hù)層屬于比較常見的故障類型，其會影響電纜傳輸效率，具體故障原因如下：

（1）在進(jìn)行電纜本體或附件制作階段，存在質(zhì)量不合格問題，最常見的便是電纜護(hù)層缺陷。

（2）電纜施工未能滿足相關(guān)工藝要求，從而導(dǎo)致施工質(zhì)量不滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，增加電纜護(hù)層故障的發(fā)生率。

（3）受其他建筑施工外力影響，誘發(fā)電纜護(hù)層故障。

4.高壓電纜接地故障

接地線焊接不牢固。在電纜接頭制作和安裝過程中，未嚴(yán)格按照規(guī)范和要求進(jìn)行焊接，同時在接地線焊接時選擇簡單的綁扎纏繞，從而導(dǎo)致銅帶屏蔽層與接地線出現(xiàn)松動現(xiàn)象，進(jìn)而增加了線路接地故障的發(fā)生率。

二、220kV 高壓電纜故障分析判斷要點(diǎn)

在220kV 高壓電纜運(yùn)行過程中，出現(xiàn)各種類型的電纜故障，各類故障所具有的特點(diǎn)不同，比如導(dǎo)電故障，其一般是指導(dǎo)體故障，然而在導(dǎo)體故障中又涵蓋了導(dǎo)體短接誘發(fā)的短路故障、導(dǎo)體斷線誘發(fā)的開路故障，因此要結(jié)合具體故障類型來做好故障分析判斷工作。

通過深入調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有220kV 高壓電纜故障類型如下：（1）高阻或低阻故障。（2）接地、短路以及斷線等混合故障。（3）閃絡(luò)或封閉故障。（4）單相、兩相以及三相故障。如果發(fā)現(xiàn)220kV 高壓電纜故障，則需要結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗和方法來對故障類型給予簡單的分析判斷，以期為后續(xù)故障點(diǎn)查找和故障處理提供參考借鑒。

在220kV 高壓電纜故障電阻狀態(tài)進(jìn)行檢測時，可以借助萬用表來對低阻故障或者高阻故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析判斷，借助直閃法測量可以明確其是否為閃絡(luò)故障。如果故障點(diǎn)電阻無窮大時，選擇低壓脈沖法測量，并對斷路故障原因進(jìn)行判斷。如果故障點(diǎn)電阻為零時，選擇低壓脈沖法給予分析判斷。

在220kV 高壓電纜故障進(jìn)行分析判斷時，需要先對其故障類型進(jìn)行判斷，隨后借助相關(guān)技術(shù)和方法來檢測故障原因和故障點(diǎn)，這樣不僅可以提高故障診斷效率，還可以有效降低故障誤判和漏判的概率。

三、高壓電纜故障點(diǎn)查找方法

1.故障點(diǎn)粗測定位

（1）高壓脈沖法。基于高壓作用下，將會導(dǎo)致電纜故障位置存在閃絡(luò)點(diǎn)，使高阻故障發(fā)生轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)發(fā)射瞬間短路現(xiàn)象。此時，需要做好反射波分析工作，對具體故障點(diǎn)進(jìn)行判斷，即所謂的高壓閃絡(luò)法，其在泄露性高阻故障判斷中得到了廣泛應(yīng)用。

（2）低壓脈沖法。其采用的是微波傳輸理論，需要在電纜故障相上添加脈沖信號，如果在電波傳輸過程中觸碰到故障點(diǎn)將會反射回一部分的電波，通過測量與計算反射電波的時間差就可以對220kV 高壓電纜故障范圍進(jìn)行準(zhǔn)確判定。長時間的應(yīng)用實(shí)踐表明，在金屬性短路故障和低阻故障測試時，脈沖閥具備較高的準(zhǔn)確度，在電纜部分接頭位置顯示、電波長度的校準(zhǔn)及電纜傳輸速度校對中，也具有比較明顯的優(yōu)勢，但是也存在一定缺陷，即不能對閃絡(luò)故障與高阻故障進(jìn)行有效測試。

（3）二次脈沖法。其要求工作人員對220kV 高壓電纜故障發(fā)射低壓脈沖，在維持特性阻抗穩(wěn)定的同時，高阻故障點(diǎn)位置脈沖會出現(xiàn)不反射情況，直到另一終端后才會出現(xiàn)反射現(xiàn)象。在對這段波形進(jìn)行記錄后，再次向故障發(fā)射高壓脈沖，當(dāng)其擊穿故障點(diǎn)后將會轉(zhuǎn)化為低阻故障，并在儀器中呈現(xiàn)低壓脈沖，且遇到故障點(diǎn)時會直接反射回來，并對這段波形進(jìn)行再次記錄，通過對兩段波形進(jìn)行對比分析，有異常或有交叉點(diǎn)的位置就可以判定為故障點(diǎn)所在位置。

2.故障點(diǎn)精確定位法

（1）沖擊放電聲測法。一般是將高沖擊電壓添加至故障電纜任意位置，通過對故障點(diǎn)閃絡(luò)放電時發(fā)出的聲音進(jìn)行分析，待其傳輸至地表后就可以借助定位儀來確定故障點(diǎn)位置（圖 1 所示）。

（2）音頻法。針對單相、兩相或三相短路故障，對應(yīng)的電阻值為零，通過沖擊放電聲測法無法對故障點(diǎn)位置給予精確定位，此時可以選擇音頻法進(jìn)行判斷。該方法主要是根據(jù)高壓電纜兩相線電流流動過程中所產(chǎn)生的磁通相位變化原理來進(jìn)行判斷，從而獲得故障點(diǎn)準(zhǔn)確位置。

（3）聲磁同步法。該方法要對聲測法進(jìn)行改進(jìn)，并根據(jù)聲波與電磁波來對故障點(diǎn)進(jìn)行判斷。如果電磁信號與地震波信號同步時，則可以判斷附近就是故障點(diǎn)位置。

四、220kV 高壓電纜故障實(shí)時診斷技術(shù)

1.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)有220kV 高壓電纜故障處理側(cè)重于定期維修或事后維修，并且故障分析一般是在事后對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和總結(jié)，從而導(dǎo)致故障問題無法得到及時、有效處理。實(shí)時監(jiān)測220kV 高壓電纜運(yùn)行數(shù)據(jù)尤為重要，可以及時、準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置。為了提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率，國家電網(wǎng)公司制定了“三型兩網(wǎng)”戰(zhàn)略目標(biāo)，其中的兩網(wǎng)是指泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，前者是在電力系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即在電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、電源企業(yè)及其設(shè)備、電力供應(yīng)商及設(shè)備、電力相關(guān)用戶及設(shè)備間實(shí)現(xiàn)資源信息開放共享。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)一般是由應(yīng)用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層四層結(jié)構(gòu)組成，涵蓋了內(nèi)外部需求兩個層面，如圖2 所示。其中，內(nèi)部需求主要是“以我為主”，通過與其他部門進(jìn)行結(jié)合后實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)一張圖、數(shù)據(jù)一個源、業(yè)務(wù)一條線”，即所謂的全程透明、一網(wǎng)通辦。而外部需求主要是“我為主導(dǎo)”，連接上下游、內(nèi)外資源和需求，拉動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并努力打造互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，不僅可以實(shí)現(xiàn)資源共享，還可以提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率。

2.實(shí)時監(jiān)測診斷技術(shù)

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，借助5G 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能傳感和分析算法等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對電力電纜數(shù)據(jù)的收集、分析、傳輸、管理，進(jìn)而達(dá)到實(shí)時監(jiān)測220kV 高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)的目的，準(zhǔn)確查找故障點(diǎn)位置。通常情況下，電網(wǎng)各終端均可對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給予合理應(yīng)用，而且終端并非簡單的局限在計算機(jī)上，其能夠轉(zhuǎn)向嵌入式計算機(jī)及相關(guān)傳感器中。在220kV 高壓電纜故障判斷中，可以選擇微型化、小型化傳感器，如影像傳感器、位置傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，其能夠?qū)Ω邏弘娎|運(yùn)行數(shù)據(jù)給予實(shí)時采集和存儲。借助5G 無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對上述數(shù)據(jù)的有效傳輸，最后通過智能終端來對故障點(diǎn)進(jìn)行綜合研判。

220kV 高壓電纜故障定位原理如圖3 所示，按照要求將各種傳感器歸為一組，并且在高壓電纜a、b、c、d 點(diǎn)上依次放置傳感器，以便對高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時上傳。如果某時刻k 點(diǎn)出現(xiàn)故障或缺陷時，將會導(dǎo)致b、c 點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳出現(xiàn)異常，通過智能終端進(jìn)行分析，且綜合研判b、c 點(diǎn)影像傳感器數(shù)據(jù)后，就可以對k 缺陷點(diǎn)或故障點(diǎn)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后將研判結(jié)果進(jìn)行反饋后，通知運(yùn)維人員進(jìn)行故障處理。

五、220kV 高壓電纜故障防范與措施

1.高壓電纜頭防范措施

（1）在進(jìn)行220kV 高壓電纜終端制作過程中，要做好防潮處理工作。

（2）所選擇的高壓電纜終端頭附件盡量配備應(yīng)力管。而且在電纜頭制作過程中，要做好密封處理工作，避免外界的導(dǎo)電介質(zhì)及水侵入，誘發(fā)爬電現(xiàn)象。

（3）電纜頭制作好后，在接線安裝過程中，要求電纜分支嚴(yán)禁出現(xiàn)多次被扭轉(zhuǎn)、彎曲現(xiàn)象。

（4）在熱縮電纜終端頭長時間運(yùn)行過程中，要做好電纜終端頭巡查工作，并及時清除掉電纜頭上的灰塵。

（5）對電纜頭與導(dǎo)體連接期間，如果選擇使用不銹鋼螺栓時，要確保出線導(dǎo)體銅端面與接線端子平面平行貼合。

2.強(qiáng)高壓電纜質(zhì)量控制

（1）保證電力設(shè)計水平。在220kV 高壓電纜設(shè)計期間，各電力設(shè)計院力求做好電力系統(tǒng)規(guī)劃工作，以確保后續(xù)實(shí)施的順利進(jìn)行。同時，加強(qiáng)設(shè)計單位及相關(guān)人員間的交流與溝通，這樣不僅可以提高設(shè)計方案的合理性、全面性，而且還可以及時避免其中可能出現(xiàn)的故障，進(jìn)而確保電力設(shè)計水平。

（2）合理選擇高壓電纜材料。針對于220kV 高壓電纜制作過程中，要對高壓電纜材料給予合理選擇，這樣既可以提高高壓電纜質(zhì)量水平，還可以降低高壓電纜故障率，確保高壓電纜長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）提高高壓電纜制作工藝。通常情況下，高壓電纜制作工藝選擇合理與否將會直接決定高壓電纜制作效率和質(zhì)量。制作工藝水平高低可以決定高壓電纜使用壽命長短，這樣就需要生產(chǎn)廠家注重對先進(jìn)高壓電纜制作工藝的選擇，并嚴(yán)格監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)境，避免由于自然環(huán)境不適宜或操作不規(guī)范而降低220kV 高壓電纜質(zhì)量。

（4）做好電纜質(zhì)量檢驗工作。作為220kV 高壓電纜生產(chǎn)企業(yè)要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并重視電纜質(zhì)量管理。同時按照要求做好電纜質(zhì)量檢驗工作，嚴(yán)禁存在質(zhì)量問題的電纜流向市場。此外，監(jiān)督部門還需要做好出廠電纜產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗工作，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時給予處理，以此來確保220kV 高壓電纜整體質(zhì)量。

六、結(jié)束語

綜上所述，220kV 高壓電纜在我國電力系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，將會直接決定社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生活水平。為此，需要做好220kV 高壓電纜故障判斷和故障點(diǎn)查找工作，并在對其誘因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出有效的預(yù)防措施，這樣不僅可以降低故障發(fā)生率，極大有效提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率。