高壓電纜故障探討

摘要：隨著我國工業化進程的不斷加快，電力電纜得到了廣泛應用，導致電力電纜故障頻發。本文通過闡述電纜發生故障的原因、種類和故障測尋步驟，為確保電力電纜正常運行提供參考依據。

關鍵詞：電纜故障 故障測尋 高壓電纜

隨著我國工業化進程的不斷加快，電力電纜得到廣泛的應用，電纜數量成倍增長。在這樣規模龐大的電纜網絡中，受各種因素的影響，導致電纜故障頻發。因此，熟悉電纜故障發生的原因，了解電纜故障發生的種類，在一定程度上，確保電纜正常運行具有重要意義。

1 電纜發生故障的原因

電力電纜在生產、敷設、三頭工藝、附件材料、運行等環節，如果工作不到位都可能導致電纜產生故障。產生電纜故障的原因主要有：

1.1 機械傷害

因機械傷害引發的電纜故障，其形式主要表現為停電事故。通常情況下，電纜受到的機械損傷主要有：

①外力損壞。在進行地下管線施工、打樁、起重、轉運等意外損傷電纜。

②施工損傷。在牽引過程中因牽引力過大而拉傷電纜。絕緣層或屏蔽層因電纜彎曲過度遭到損傷。絕緣層和保護層因野蠻施工受到損傷等。

③自然損傷。穿越公路或鐵路以及靠近公路或鐵路并與之平行敷設的電纜，因行駛車輛的振動或沖擊性負荷，導致電纜外護套出現疲勞裂損。

1.2 絕緣受潮

通過絕緣電阻和直流耐壓試驗發生絕緣受潮故障，一般表現為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。造成絕緣受潮的原因有：

①電纜中間頭或終端頭密封不到位或者密封失效。

②電纜制造存在缺陷，電纜外護層有孔或裂紋。

③電纜護套被異物刺穿或被腐蝕出現穿孔。

1.3 絕緣老化

電纜運行過程中，出現不當在較短時間內發生絕緣強度降低，形成這種現象的原因有：

①電纜選型不合理，導致電纜在過電壓下長期工作。

②電纜距離熱源較近，使電纜局部長期受熱出現老化。

③化學藥品對電纜絕緣層起不良化學反應導致其發生老化。

1.4 過電壓

因雷擊或其他沖擊過電壓導致電力電纜發生故障。經過現場研究分析，電纜被擊穿點存在嚴重的缺陷，這種出現故障的電纜自身的缺陷主要有：

①絕緣層出現氣泡、雜質，以及絕緣油干枯。

②電纜內屏蔽層出現節疤或者存在遺漏。

③電纜絕緣嚴重老化。

1.5 過熱

造成電纜過熱的原因主要有：

①電纜在過負荷下長期工作。

②電纜因火災引發過熱，甚至被燒傷。

③長期接受其他熱源的熱輻射。

在電纜過熱故障中過負荷是直接誘因。電纜長期工作在過負荷的環境中，沒有考慮電纜溫升和整個線路情況，致使電纜發生過熱現象。例如電纜密集、電纜溝及隧道通風不良的地方，或者電纜穿在干燥的管中等，上述原因在一定程度上都會加速損壞電纜的絕緣層。經過長期過熱后，橡塑絕緣電纜的絕緣材料出現變硬、變色、失去彈性、出現裂紋等現象。對于油紙電纜表現為絕緣干枯、絕緣焦化，甚至出現一碰就碎的現象。另外，過負荷在一定程度上也會造成鉛包疲勞而受到損傷。對于大截面、長電纜來說，如果裝有灌注式電纜頭，在線脹系數方面，由于灌注材料與電纜本體材料之間存在較大的差異，容易發生脹裂殼體的現象。

1.6 電纜的質量缺陷

在電纜線路中，電纜及電纜附件兩種材料質量的優劣，在一定程度上對電纜線路的安全運行產生直接的影響。在施工單位由于缺乏必要的專業知識，導致制作的電纜三頭存在較大的質量問題。電纜的質量缺陷歸結為：

①電纜本體存在質量缺陷。油紙電纜鉛護套存在雜質沙粒，以及電纜受到機械損傷以及壓鉛出現接縫等。在橡塑絕緣電纜主絕緣層的偏芯內出現氣泡、雜質等，節疤、遺漏在內半導電層出現，沒有進行封端面處理使得電纜在儲運中導致線芯大量進水。上述缺陷通常情況下難以發現，其絕緣電阻低、泄漏電流大，甚至耐壓擊穿等，往往只在檢修或試驗中發現。

②電纜附件存在質量缺陷。傳統三頭存在的質量缺陷是鑄鐵件有砂眼，而瓷件的強度不夠強，并且組裝加工部分粗糙，以及防水膠圈規格不符合要求或出現老化等。熱縮和冷縮電纜三頭存在的質量缺陷是絕緣管中有氣泡、雜質、厚度不均勻，密封涂膠處出現遺漏等。

③電纜頭制作存在質量缺陷。傳統三頭制作存在的質量缺陷：絕緣層繞包不緊，存在空隙、密封不到位、絕緣膠配比不對等。熱縮三頭制作存在的質量缺陷：處理半導電層不凈、安裝應力管的位置不當、熱縮管的收縮不勻、安裝地線不牢等。預制電纜三頭安裝存在的質量缺陷：剝切不精確、套裝絕緣件時剩余應力過大等。

④電纜接地系統缺陷。電纜接地系統包括電纜接地箱、電纜接地保護箱（帶護層保護器）、電纜交叉互聯箱、護層保護器等部分。一般容易發生的問題主要是因為箱體密封不好進水導致多點接地，引起金屬護層感應電流過大。另外護層保護器參數選取不合理或質量不好氧化鋅晶體不穩定也容易引發護層保護器損壞。

另外，拆卸舊電纜及附件應用到電纜線路中，在一定程度上雖然有利于重新利用材料、節省資金，但影響設備完好率，該方法慎重對待。

1.7 設計不良

隨著科技的不斷發展，電力電纜逐漸完備，結構與形式已趨于穩定，但是電纜中間頭和終端頭的各種附件處于不斷地改進過程，由于新型電纜附件缺少足夠的運行數據在新設備、新材料、新工藝上選用時要慎重。為了避免造成大面積質量事故，最好根據運行經驗的成熟度，采取逐步推廣的方式使用。電力電纜在設計方面存在的弊病：

①防水效果不好。

②材料選用不合理。

③工藝流程不成熟不合理。

④缺乏足夠的機械強度。

2 電力電纜故障的種類

根據故障的性質電纜線路故障可分為：

①低阻故障，也就是低電阻接地或短路時發生的故障。所謂低阻故障是指導體的連續性良好，但是電纜的一芯或數芯對地的絕緣電阻或者芯與芯之間的絕緣電阻小于100kΩ，被稱為低阻故障，通常情況下低阻故障分為單相接地、兩相短路或接地等。

②高阻故障，也就是高電阻接地或短路時發生的故障。所謂高阻故障是指導體連續性良好，但是電纜的一芯或數芯對地絕緣電阻或者芯與芯之間的絕緣電阻高于100kΩ，但是遠遠低于正常值被稱為高阻故障。通常情況下高阻故障分為單相接地、兩相短路或接地等。

③斷線故障。電纜中有一芯或數芯導體不連續，但是其余各芯絕緣均良好，稱為斷線故障。

④斷線并接地或短路故障。電纜有一芯或者數芯導體不連續，經過電阻接地或短路，被稱為斷線并接地或短路故障。

⑤泄漏性故障，是高阻故障極端形式，是指進行電纜絕緣預防性耐壓試驗時，隨著試驗電壓的升高其泄漏電流逐漸增大，直至超過泄漏電流的允許值。

⑥閃絡性故障，是高阻故障的另一種極端形式。所謂閃絡性故障是指進行電纜絕緣預防性耐壓試驗時，泄漏電流小而平穩，當試驗電壓升高到尚未或者已經達到額定試驗電壓時，泄漏電流驟然增大并迅速產生閃絡擊穿。短期內存在閃絡性故障的電纜，在較低的電壓下，可能會完全停止閃絡擊穿的現象并顯現良好的電氣性能。

3 電纜故障的測尋步驟

①確定故障性質。

②故障點的燒穿。即通過燒穿將高阻故障或閃絡性故障變為低阻故障，以便進行粗測。

③粗測，就是測出故障點到電纜任意一端的距離。粗測的方法有多種，一般可歸納為兩大類，一類是電橋法，另一類是脈沖發射法。

④敷設測尋故障電纜的路徑。其方法就是將音頻信號電流通入電纜中，通過接收機，利用接收線圈對此音頻信號進行接收。

⑤精測故障點（定點檢測），通過采用聲測、感應、測接地電位等方法，對故障點的精確位置進行確定。

上述步驟只是一般性的測尋步驟，進行實際測尋時，要區別對待，例如，電纜敷設路徑的圖紙很準確時可以忽略測敷設路徑；對于高阻故障，利用閃絡法直接進行粗測等等。

4 電纜頭制作質量缺陷引起的故障舉例

某110kV變電站360出線電纜為交聯單芯絕緣電纜，長度為230m，投運時間為2009年10月13日，2009年12月17日，發生A相電纜放電擊穿現象，且在B、C相電纜頭接地辮絕緣包封處變黑，查閱交接試驗報告未見異常，經多方查閱有關資料認定，電纜頭上接地辮絕緣包封處變黑系電暈放電時吸附灰塵所致。經分析造成這種現象可能是在電纜頭制作過程中，應力管安裝位置不當、熱縮管收縮不均勻、地線安裝不牢造成電場分布不均勻，引起放電。鑒于以上情況，對B、C相電纜頭進行解體，發現兩相電纜應力管安裝位置不當，與絕緣屏蔽層沒搭接，有一定的距離。這是一起典型的電纜頭制作不良引起的故障。在重新更換制作電纜頭，并將應力管與絕緣屏蔽層接觸良好后，至今運行正常。

參考文獻：

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[2]張棟國.電纜故障分析與測試[M].中國電力出版社，2005.

[3]王晉麗.電纜故障的判斷和測試方法[J].中小企業管理與科技（上半月），2008（02）.

作者簡介：王少峰（1973-），男，山西天鎮人，2002年畢業于太原電力高等專科學校電力系統及其自動化專業，工程師，高級技師。