10 k V電纜中間頭故障時間規律分析

郝層層,孟 磊,陳香宇,楊宇晧,邵博文

(國網河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 050051)

10 k V電纜中間頭故障時間規律分析

郝層層,孟 磊,陳香宇,楊宇晧,邵博文

(國網河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 050051)

以2014-2015年石家莊市配網電纜的故障數據為研究對象,從中間頭生產質量、安裝工藝和運行環境等方面介紹電纜中間頭故障的原因,結合實際運行經驗,對電纜中間頭的故障時間分布規律及浴盆曲線進行分析。提出不同電纜故障時間段的預防措施,以降低電纜故障率。

電纜中間頭;故障規律;浴盆曲線;預防措施

1 概述

近年來,隨著城市配電網規模的不斷擴大和架空線入地工程的不斷加速,配電電纜的數量迅速上漲,電纜的健康穩定已成為城市電網安全可靠運行的重要保證。電纜受外界環境影響相對較小,電纜故障往往由自身缺陷引起,故而有一定的發展規律可循。因此,有必要探索電纜故障時間規律以降低電纜故障數量,提高電網的安全穩定性。

根據統計,2014-2015年石家莊市配電電纜由于非外力原因,共發生故障87起,而其中電纜中間頭故障為75起,占比為86.21%。因此,分析電纜中間頭的故障時間規律就能很好的掌握電纜故障的時間規律,其主要作用為:一是有助于加深對電纜中間頭故障原因的理解;二是有助于對老舊電纜的狀態進行初步的判斷;三是有助于對癥下藥,切實降低電纜故障率[1]。

2 電纜中間頭故障原因介紹

電纜中間頭故障主要有三大原因。首先是中間頭生產質量不合格,電纜中間頭不同于電纜本體,對生產工藝要求很高。不同品牌的電纜中間頭,生產質量相差很大。中間頭的生產質量主要取決于應力復合管的性能、鋼卡的抱緊力、尺寸的規范性、防水材料的密封性等。任何一處出現缺陷都會導致電場畸變,中間頭進水等嚴重影響安全運行的重大問題。中間頭生產質量決定了電纜中間頭運行壽命的上限,如果電纜中間頭生產質量不佳,良好的安裝和運行環境并不能解決根本問題。

其次是施工工藝不合格,電纜中間頭的安裝對施工工藝的要求極高,否則會留下較大的故障隱患。一些常見的施工工藝缺陷有:電纜主絕緣有刀痕,半導電環切有毛刺、凸起,金屬壓接管壓接順序不正確,壓接管表面有異物,應力復合管安裝尺寸錯誤,防水帶繞包松散等。刀痕、毛刺、尖端、異物等會引起電場分布不均勻,電纜產生局部放電。缺陷越嚴重,局部放電量越大,發生故障的時間越短。電纜中間頭密封不良,防水工藝不過關會導致中間頭受到潮氣、水份的侵蝕,容易形成水樹枝放電,引起中間接頭絕緣受潮劣化。統計表明,67%的中間接頭故障與密封不良有關。地下環境陰暗潮濕,如果中間頭密封不良,很容易引起進水,嚴重減小電纜中間頭的運行壽命。

最后是運行環境不佳導致中間頭老化加劇,電纜中間頭在運行過程中會產生不可逆的自然老化現象,這個過程在理論上是非常緩慢的,但目前電纜的運行環境比較惡劣,具體體現在電纜運行環境潮濕、部分電纜臨近供熱線路造成運行溫度偏高等[23],大大加速了中間頭的老化速度。

3 電纜中間頭故障時間規律分析

3.1 故障時間規律統計

對石家莊供電公司2014-2015年故障電纜中間頭投運時間進行統計分析,以每3～4年為1個間隔,可得故障時間分布情況如圖1所示。

圖1 故障中間頭投運時間分布情況

由圖1可知,電纜中間頭在投運0～3年內故障數最多,達到了38起,占比48.7%。4～14年內故障數出現明顯下降,基本呈均勻分布狀態。15年以上的電纜中間頭故障5起。再除以不同運行年限的電纜數量,就可以得到故障率和運行時間的關系呈現為一條兩頭高,中間低的“浴盆曲線”,具體如圖2所示。

圖2 故障率和時間的“浴盆曲線”

由圖2可以看出,電纜在剛投運的0～3年之內,處于早發故障期,電纜故障率較高。隨后,4～14年為一段較為漫長的故障中期穩定期,電纜故障率較低且較為平穩,但在4～6年或11～14年間有一個較為明顯的小高峰。在電纜投運15年以后,由于自然老化,故障率呈逐年上升的趨勢,進入損耗故障高發期。

3.2 各階段故障原因

電纜中間頭發生故障的原因往往不是單一的,而是多個不同程度原因的有機結合。總體來看,導致發生故障的原因越多,程度越深,中間頭發生故障的時間也就越短,而且不同缺陷間的作用往往不是簡單的疊加,而是互為故障發生的催化劑。例如,電纜防水工藝不過關和電纜運行環境潮濕同時存在時,中間頭的使用壽命將呈幾何級數的衰減。

圖1中,0～3年是電纜中間頭故障的第1個高發期,即浴盆曲線中的故障早發期。根據實際運行經驗,其主要原因是中間頭內部存在重大缺陷,例如應力復合管絕緣性能不合格,主絕緣有嚴重刀痕,絕緣上纏繞PVC帶等非絕緣材料等,導致中間頭3年之內即發生故障。

4～14年之間,中間頭進入故障的中期穩定期。該階段發生故障的中間頭只具有一般性缺陷,如中間頭防水工藝不過關,半導電環切有鋸齒,主絕緣有淺刀痕,壓接管壓接順序不正確產生尖端放電等等。不同程度,不同數量的缺陷將導致電纜中間頭內部存在不同程度的放電現象,隨著時間的推移,電纜主絕緣中的水樹枝、電樹枝不斷增長,最終導致絕緣擊穿,發生故障。此外,若中間頭的運行環境比較潮濕,則絕緣中水樹枝的增長速度將大大提高,大幅度減小中間頭的使用壽命。因此,中期穩定期中,電纜中間頭的故障時間取決于一般性缺陷的發展速度,而缺陷的發展速度由缺陷的數量、負載大小、運行環境共同決定。

15年之后,電纜由于自然老化,進入損耗故障期。能運行15年以上的電纜,證明電纜中間頭幾乎不存在缺陷。但長期的運行下,中間頭的絕緣會產生不可逆的自然老化現象。絕緣的老化速度最主要取決于中間頭的制造工藝,一般國外品牌的電纜中間頭制造工藝優于國內品牌。此外,絕緣的老化速度還與運行環境,負荷情況有關[45],配電網中的負荷增長速度很快,負荷分配不均造成的電纜過載現象,電纜過載引起的發熱將大大加快絕緣老化的進程。

4 電纜中間頭故障預防措施

根據中間頭不同階段的故障特點,提出預防措施,以切實降低電纜故障率。

4.1 故障早發期

為減少故障早發期內的故障數量,則應把好電纜的入口關。一是要加強對電纜中間頭廠家的生產質量監督,避免將劣質產品投入電網。二是要加強對施工質量的管理,實現電纜的精益化驗收。主要體現在:

a.實施電纜中間頭實名制管理,對中間頭制作的個人和單位進行積分考核。

b.對電纜中間頭的制作全過程進行監督指導,避免出現不按說明書施工,暴力施工等違規操作。

c.大力推行震蕩波局放試驗。震蕩波局放試驗可以檢測出電纜由于內部缺陷造成的局放放電現象,尤其是新電纜的放電信號衰減較小,可最大程度的檢測出內部重大缺陷。

4.2 故障穩定期

針對故障穩定期,離線震蕩波局放試驗受到了很大的局限:一是離線震蕩波局放試驗必須在停電情況下進行,增加了用戶的停電時間;二是如果缺陷的發展程度不深,再加上傳輸信號的內部損耗,離線震蕩波局放試驗往往不能及時的發現電纜內部缺陷。因此,對于故障穩定期的電纜,首先可以針對重要或運行狀態不佳的線路開展在線局放監測,在線局放檢測無需設備停電,且可以長時期不間斷的進行檢測,因此能及時發現電纜內部缺陷,并據此安排檢修計劃。其次,應建立重要電纜的狀態病歷,詳細記錄電纜的負載大小,故障次數,以及每次試驗時的絕緣阻值和泄漏電流的大小,根據變化情況推斷缺陷的發展程度,及時安排大修技改方案[68]。

4.3 損耗故障期

針對處于損耗故障期的電纜,則應根據中間頭品牌、運行環境、負載大小的不同,開展極化損耗試驗,測定電纜的介質損耗,并根據老化情況及時安排退運計劃。

5 結論

a.為減小早發故障期的故障數量,主要應加強驗收管理,采用離線震蕩波局放試驗檢測電纜內部重大缺陷。

b.針對中期穩定期則應以實時監測的在線局放試驗為主,同時應建立重要電纜的狀態病歷。

c.對處在損耗故障期的電纜則應開展老化檢測試驗,并根據老化情況及時安排退運計劃。

[1] Q/GDW 456-2010,電纜線路狀態評價導則[S].

[2] 邱昌容,王乃慶.電工設備局部放電及其測試技術[M].北京:機械工業出版社,1994.

[3] 焦 振,夏 泉.高壓電力電纜線路事故統計與分析[J].供用電,2011,28(2):6466.

[4] 解 磊.電力電纜故障統計模型研究[D].濟南:山東大學, 2013.

[5] 羅智奕.110 k V、220 k V交聯電纜阻尼振蕩波檢測技術應用[D].廣州:華南理工大學,2011.

[6] 戴靜旭,劉 杰,王彥偉.高壓電纜故障原因分析及對策措施[J].高電壓技術2004,(S1):5457.

[7] 陸志雄,沈諒平.XLPE電力電纜局部放電檢測技術綜述[J].湖北電力,2004,24(2):2830.

[8] 任建柱.電力電纜局部放電信號的檢測技術[J].數字技術與應用,2010,12(3):7374.

本文責任編輯：羅曉曉

Analysis on Fault Time Law of XLPE Cable Joint on 10 k V

Hao Cengceng,Meng Lei,Chen Xiangyu,Yang Yuhao,Shao Bowen
(State Grid Hebei Electric Power Company Shijiazhuang Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China)

at present,the number of Shijiazhuang distribution cable is becoming more and more,so how to effectively control the number of cable fault became a big problem.This paper is based on the data of Shijiazhuang distribution cable's fault in 2014-2015,consider to the quality of accessories and installation process and running environment,and combines with the actual operation experience,preliminary discussed the fault time distribution of cable joint,and put forward the tub curve.Finally,according to the different time,put forward the corresponding solutions in order to reduce cable fault rate.

cable joint;law of fault;tub curve;solution

TM755

B

10019898(2017)02005103

20170224

郝層層(1988-),男,工程師,主要從事電力電纜狀態檢測技術研究工作。