10 kV配網電纜故障分析及防范措施

趙同慶

（鞍鋼集團本鋼板材股份有限公司能源管控中心，遼寧 本溪 117000）

0 引 言

在電網運行管理中，10 kV配網是重要的管理部分，由于受到諸多因素的影響，因此常常會出現各種各樣的線路故障情況。為了避免10 kV配網線路故障造成過大影響，需要對其故障實現及時且準確的定位，完成故障處理后，還需要做好對電纜的試驗工作，確保配網線路故障得到有效消除，而如何實現10 kV配網線路故障定位及電纜試驗的優化，是本文主要研究的內容。

1 10 kV電纜故障產生的因素

1.1 配網自動化系統中故障定位隔離的問題

在目前的配網自動化系統中，單條線路發生短路故障時，線路上各級智能開關通過電流速斷保護定值來判斷是否跳閘。通常單條線路上從電源側到負荷側，各級智能開關速斷保護定值依次減小，以實現線路故障處智能開關優先跳閘，縮小停電范圍。由于縣域內單條10 kV線路較長、分支線多，各段線路和變壓器型號差異化較大，各級智能開關電流速斷整定值無法準確設置，造成發生短路故障時，開關無法正確動作，擴大了故障停電范圍［1］。為實現配網故障準確定位、快速隔離，縮小線路停電范圍，保障非故障區域電力的正常供應，本文重點對基于配電開關監控終端（Feeder Terminal Unit，FTU）的縱聯差動與基于矩陣運算的故障定位隔離方案進行了分析研究。

1.2 線路短路故障

當10 kV配電線路出現短路故障時，電力設備往往會出現停電、跳閘等情況，影響電能的正常和穩定傳輸。導致10 kV配電線路出現短路故障的原因主要包括3個方面：一是因為10 kV配電線路具有較長所跨區域，且跨越的地形也比較復雜，在遇到雷雨或者大風等的天氣時，受到線路斷裂或者絕緣擊穿因素的影響，會造成短路故障的發生；二是在鳥類停留或者筑巢在10 kV配電線路時，也可能會造成線路的跳閘；三是樹木的生長或者車輛發生運行事故等因素，使10 kV配電線路出現短路故障的情況［2-4］。

1.3 電纜絕緣層質量問題

在建設10 kV電力電纜項目施工的過程中，檢測人員要對電纜進行抽樣檢查，及時發現有質量問題的電纜，如電纜絕緣材料抗焦燒時間短、容易前期交聯等質量問題。還有一些電纜廠家為偷工減料，銅桿是用回收材料制造的，導致其表面氧化變色、拉力不夠，這些有質量問題的電力電纜也是故障產生的重要因素。此外，在日常的施工工程中，往往會因為有些工作人員懈怠或專業知識的局限性導致有質量問題的電纜被使用到工程中，這對10 kV配電網系統的正常運行造成了極大的安全影響。

2 10 kV電纜故障查找方法

2.1 使用監控中心

監控中心主要包括信息控制的系統、信息收發的設備、應用軟件等。在監控中心內存在配網的接線圖，相關人員通過此圖監視配網各線路具體的運行狀態。當出現故障后，故障信號就會發出，隨后被接收設備收到且把它傳輸到在線的監控中心內，相關人員再使用系統內應用的軟件對故障實施分析，則故障的信號就會呈現在人機的界面中。當一些線路內出現故障燈變色時，就說明此線路出現了故障，此時驅動報警的系統也會把所對應的故障警示信息發出，工作站會對故障負責人發送短信，而故障負責人能夠根據相關信息對故障線路實施檢查與分析，及時排除故障［5］。

2.2 使用錄波器

在10 kV配網線路運行中，通過安裝故障錄波器能夠有效掌握其配網線路的實際運行情況，相關人員結合故障錄波器內收集的數據能夠對故障點位置實現準確和快速的判斷。通過使用故障錄波器能夠全面記錄10 kV配網線路內故障前后的電流與電壓量，為相關人員對故障類型的判斷以及故障原因的分析提供依據，實現故障點定位以及排查效率的提升。但使用故障錄波器自動化裝置時，相關人員需要提前準確錄入10 kV配網線路內的運行參數。若運行期間完成對配網線路的改造，則還要對線路的各項參數提前實施整定處理，保證此裝置能夠對其配網線路的具體故障點實現準確定位［6］。

2.3 遙測法

如果遇到10 kV配網電纜線路發生接地故障，最佳的判斷方法就是遙測法，可以通過萬能遙測電筆快速進行故障查找。首先利用萬能遙測筆的通、斷檢測功能查出電纜或電線的斷路線，將該斷路線接到交流電源火線上；其次將其他非斷路線接地（或接零），并將萬能遙測電筆撥到遙測功能I檔或Ⅱ檔上；最后用筆從接電源火線端的電纜或電線開始，將筆體接近電線外皮并向前移動，正常時萬能遙測電筆應發聲，到故障點處響聲立即消失。但電力電纜線路故障采用遙測法會受到一些外在環境因素的影響，如濕度較大且存在不確定的磁場干擾時，萬能遙測電筆就不能進行準確的故障排除。此外，如果10 kV配網系統中的變壓器數量多且電力線路過長，架空交叉連接或者地埋線路、地質情況復雜等也不宜采用遙測法對電力電纜故障進行排查，否則排查數據會失真，導致10 kV配網線纜故障無法及時排除。

3 10 kV配網電纜故障的相關內容

3.1 線路負荷合環兩側母線電壓（有效值）差

合環倒閘涉及的兩條線路所在的母線電壓（有效值）不會相同，但可以在退出自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）后，通過調節變壓器分接頭檔位來最大限度地減少兩條10 kV母線間的電壓差，以達到降低合環運行電流的目的。地區110 kV變壓器每調節一個分接開關檔位，可升/降的電壓值為0.09～0.10 kV，通過調節兩臺變壓器分接頭就可以將合環倒閘涉及的兩條線路所在母線的電壓差控制在0.05 kV以下。若合環兩側電纜線路保護定值不同，則要將過流保護定值較大側的母線電壓調整至略大于或等于對側母線電壓，以使環流從電壓略高的一側母線流向較低的一側，并使電壓略高的一側線路分擔更多的基礎負荷［7］。

3.2 試驗步驟

依據試驗的接線圖專門讓一人來接線，完成接線后讓另外一人負責檢查，查看試驗的接線是否存在錯誤、各儀表的量程是否滿足要求、現場試驗的儀器是否合理布局、試驗的人員位置是否合理等。此后對電纜充分實現放電，對指示的儀表進行調零處理，讓調壓器置在零位，對電源的電壓值測量。合上電源刀閘并對設備啟動，對升壓回路進行加電，并逐步升壓到預先所確定試驗的電壓值，對0.25倍、0.5倍以及0.75倍的試驗電壓條件下各進行1 min的停留，讀取泄漏的電流值。讀取1倍試驗電壓條件下1 min和5 min時泄漏的電流值，在交接時還要讀取10 min、15 min時泄漏的電流值。完成試驗后，要先把升壓的回路內調壓器向零位退回并對電源切斷處理。在每次試驗后，一定要把電纜先通過電阻對地實施放電，后對地進行直接放電處理［8］。

3.3 試驗前的準備工作

直流耐壓試驗是一種破壞性試驗，試驗前應對電力電纜的絕緣電阻、泄漏電流進行非破壞性試驗。若試驗結果正常，方能進行直流耐壓試驗；若發現電纜的絕緣狀況有問題，通常應先進行處理后再做直流耐壓試驗。

3.4 嚴格把控電纜質量

對10 kV配電網電力電纜原材料控制是一項比較關鍵的工序。首先，必須確保所選電纜符合國家使用標準，同時有必要對所選電纜在當前環境中的可行性進行充分的分析和討論，以確保所選電纜能夠完全滿足當前電纜的構造要求。其次，加強對電纜質量的檢查和控制，及時淘汰生產質量低、技術落后的電纜產品，以確保所購電纜的質量。在選擇過程中，有必要充分加強對電纜絕緣層質量的控制，以確保電纜質量在當前環境中能夠正常使用［9］。

3.5 使用故障指示的設備

在此設備使用中，當電流通過導體期間，磁場會觸發指示設備，若電流較大且已超過指示器內額定的數值，則勢必會產生信息。若故障出現在白天，則指示器會呈現翻牌的情況；若故障出現在夜晚，則指示器就會進行相應光信號的發出。與故障的檢測設備相比，此類指示設備的成本較低，一般可以對二者聯合使用，往往故障檢測的設備在負荷開關的位置設置，對指示設備在桿塔的位置設置。

3.6 試驗電壓的標準和判斷

要求耐壓在5 min時，泄漏的電流值不能超過耐壓1 min時泄漏的電流值。加壓期間，若泄漏的電流突然發生變化或隨時間增長出現增大，或隨試驗的電壓上升而出現不成比例的急劇增加，就說明了電纜絕緣有缺陷，要對原因查明，必要時通過延長耐壓時間或提高耐壓值來實現絕緣缺陷的查找。若相與相間存在很大泄漏電流的相差，就說明電纜內某芯線的絕緣可能有局部的缺陷。如果試驗電壓是一定的，但泄漏電流呈現周期性的擺動狀態，就說明電纜有局部的孔隙缺陷情況［10］。

4 差異化防雷措施

（1）架設避雷線。在配網架空線路的全線或部分線段架設避雷線，利用避雷線的保護角來保護線路。該方法的防雷效果好，維護工作量少，但全線架設的成本高，且對繞擊雷、反擊雷的防護效果不理想。

（2）安裝過壓保護器。過壓保護器相當于保護間隙＋避雷器的組合，集合了兩種防雷技術的優點，一方面不會承受工頻電壓，線路損耗小，另一方面使用壽命長，故障隔離效果好。該方法的缺點是投資成本較高，每個桿塔均要安裝接地網、接地裝置，促使線路中的設備數量增多。

（3）安裝避雷針。位于山頂或空曠地區的桿塔，在塔頂安裝獨立避雷針和接地裝置，將接地電阻控制在30 Ω以下。利用避雷針的保護角可以保護桿塔的導線與絕緣子，防止受到雷擊。該方法的成本較高，工作量大，而且安裝前要計算桿塔的承受能力。

（4）安裝避雷器。位于山頂的桿塔，在塔頂安裝避雷器和接地裝置，將接地電阻控制在10 Ω以下。以氧化鋅避雷器為例，可截斷工頻續流，從而限制雷電過電壓。該方法的成本較高，線路中的設備數量增多，而且避雷器閥片長時間承受工頻電壓易發生老化，導致防雷效果減弱[11]。

5 結 論

10 kV電力電纜工程是重要的民生基礎設施建設，持續穩定的電力供應，才能夠保障各行各業的快速發展。為確保電力電纜的穩定運行，需要及時進行10 kV電力電纜施工故障分析和經驗總結，并制定相應防范措施。通過這些舉措，可以有效減少10 kV電力電纜故障，提高廣大電力工作者的故障排查和修復水平，保證電網系統的正常傳輸和運行。