10 kV交聯聚乙烯電力電纜常見故障分析處理及防范措施

李 灝

（國網四川省電力公司自貢供電公司，四川 自貢 643000）

0 引 言

近年來，隨著城市化建設的快速推進，為適應城市用電需要，保障供電可靠性，10 kV交聯聚乙烯電力電纜線路在城市建設中得到了廣泛應用。但是，電纜線路絕大部分敷設在地下，相比架空線路具有更大的檢查和維修難度，因此對電力電纜的可靠性和穩定性提出了更高的要求。本文以自貢市城區10 kV配網交聯聚乙烯電力電纜線路運行資料為依據，對電纜故障發生的原因進行了分析，并提出了相應的防范措施。

1 配電電纜故障情況和原因分析

1.1 10 kV配網電纜的常見電纜故障

10 kV配網電纜的常見電纜故障有以下幾類[1]。

（1）接地故障：變電站保護接地裝置發出接地信號。它可分為瞬時性接地故障和永久性接地故障兩種。危害：單相接地，造成另外兩相電壓升高、破壞絕緣。

（2）閃絡性故障：當電壓達到某一定值時會發生擊穿；反之，當電壓降到某一值時，絕緣恢復。危害：使電網運行不穩定。

（3）短路故障：永久金屬性短路，絕緣無法恢復。危害：造成線路全停。

（4）斷線故障：電纜線芯絕緣可能良好，但金屬導體不連續。

（5）混合型故障：有兩種及以上的故障。

1.2 電纜故障原因

根據自貢市10 kV配網電纜線路近年來故障的統計分析結果，造成電纜故障的主要原因有以下幾類。

（1）外力破壞

近年來，隨著城市建設的不斷加快，各類工程建設使用了大量大型機械，施工時野蠻施工，再加上一些電纜在敷設時沒有根據規定的設計方案進行，導致電纜被硬物劃傷發生故障。另外，敷設時牽引力過大，也會使電纜受損出現電纜故障。

（2）電纜制作工藝不當

安裝現場的溫度、濕度和清潔度不符合安裝工藝要求。比如，在雨、霧、風沙等有嚴重污染的環境中安裝電纜附件，容易造成制作工藝不良。

（3）電纜頭附件存在質量問題

電纜頭附件的質量不合格，會導致冷縮或熱縮電纜附件不能縮到位。

（4）過電壓、過電流影響

過電壓會使有缺陷的電纜絕緣層發生電擊穿，引起電纜故障。主要原因是大氣過電壓、內部過電壓。

（5）絕緣老化受潮影響

電纜長期過負荷工作會提前發生絕緣老化現象，多發生在電纜中間頭、終端頭或電纜轉彎處附近等。

2 10 kV交聯聚乙烯電力電纜線路的故障查找、分析及處理

配電電纜線路在長期運行過程中，后期制作的電纜接頭成為電纜的薄弱點。隨著運行時間的增減，制作工藝缺陷、環境潮濕等問題都會導致電纜接頭發生故障。本文以自貢市某配電電纜線路中間接頭高阻接地故障為例，分析電纜發生故障的原因，并提出了處理方法。

2.1 故障現象

該配電線路的供電方向為：110 kV某變電站10 kV線路925開關——某開關箱911開關電纜。該電纜長度為1 994 m，電纜型號為YJV22-8.7/15-3×300 mm2，投運時試驗正常。故障現象：該10 kV線路925開關過流Ⅰ段動作。

2.2 電纜故障定位查找

故障電纜性質判斷：

（1）隔離故障電纜兩端帶電部位，拆除故障電纜兩端電纜頭。

（2）選用2 500 V/10 000 MΩ兆歐表測試時轉速為120 r/min。對電纜三相線路進行絕緣電阻測試，測試結果與歷史數據進行比較，如表1所示。

表1 110 kV某變電站10 kV線路925開關——某開關箱911開關電纜

（3）用萬用表對故障電纜進行測量阻值，測量B相對地電阻為1 MΩ，C相對地電阻為1 500 Ω，A相對地電阻為∞。用萬用表做導通試驗，均導通，無斷線情況。

（4）高阻故障其阻值一般為100～400 Ω，低阻故障一般為100 Ω，由此判斷為相間短路引起的高阻故障。

（5）使用LW50波反射法電纜故障定位儀，在完好A相用低壓脈沖法測量電纜全長，所得波形如圖1所示，得到結果為1 990 m。該電纜檔案數據為1 994 m，基本符合。

圖1 電纜全長波形圖

（6）采用高壓沖閃測試波形確定故障距離。

根據故障交流聚乙烯電纜運行資料，設定高壓沖閃波速為172 m/μs，工作電壓為10 kV，測試波形如圖2所示。

圖2 高壓沖閃測試波形

（7）根據測試波形，確定故障距離在1 052 m處。

根據測定的故障距離，在距測試端1 052 m左右。利用故障定位儀進行準確定位，最終在距測試端1 052 m的-4 m處，聽到故障點的放電聲最大，準確找到故障點，如圖3、圖4所示。

圖3 電纜故障圖一

圖4 電纜故障圖二

2.3 電纜故障分析

對金屬屏蔽層、半導體屏蔽層、絕緣層進行剝切，解剖結果如圖5所示。從解剖結果來看，半導電屏蔽層與金屬銅屏蔽層交界處存在放電現象，確定為本次故障的放電起始點。表面燒穿口則是界面爬電現象發展到貫穿主絕緣表面所致，而固體絕緣發生界面放電的根本原因是電場應力集中。

圖5 故障電纜解剖圖

根據對故障交聯聚乙烯電纜中間頭解體情況分析，確定導致該冷縮式電纜中間接頭被擊穿的原因如下。半導電層剝離不齊，金屬屏蔽尖角沒有處理好，半導電層與金屬屏蔽之間和主絕緣之間平穩過渡沒有處理好（施工時為了防止銅屏蔽層松散，用pvc膠布將銅屏蔽層纏繞固定，在纏繞半導電過渡層時又沒有將pvc膠布撕掉），導致電纜接頭金屬屏蔽層和半導電屏蔽層的切斷處產生電應力集中現象，改變了電纜原有的電場分布，產生了對絕緣極為不利的畸變電場（沿導線軸向的電力線）[2]。剝去屏蔽層芯線的電力線向屏蔽層斷口處集中，屏蔽層斷口處是電纜最容易被擊穿的部位，如圖5所示。

2.4 電纜故障的處理及注意事項

重新制作冷縮中間頭（廠家為長沙電纜附件有限公司，型號JLS 6-15 kV），按照廠家提供的制作工藝重新恢復。在重新制作交聯聚乙烯電纜中間接頭時，要特別注意電纜半導電屏蔽層與金屬銅屏蔽層之間要實現電位平穩過渡，防止再次放電造成故障。具體處理方法如下：將交聯聚乙烯電纜銅屏蔽，半導電層、電纜主絕緣按施工工藝處理好后，如圖6所示。在收縮電纜冷縮管前，利用半導電帶緊密纏繞電纜銅屏蔽、半導電層，在電纜主絕緣處搭接纏繞2 mm，以實現電纜半導電層與金屬銅屏蔽層之間電位平穩過渡，避免再次放電引起故障。

圖6 單根交聯聚乙烯電纜處理示意圖

3 10 kV交聯聚乙烯電力電纜故障的防范措施

眾所周知，電纜中間頭有冷縮中間頭和熱縮中間頭之分。出于成本考慮，過去在制作材料上一般采用熱縮中間頭。熱縮中間頭在運行一段時間后，會產生絕緣性能降低、不能長期在潮濕的環境運行等情況。冷縮中間頭具有高彈性、抗老化、防腐蝕、優良的防水性、極佳的抗污穢性、絕緣強度高、安裝簡便和使用可靠的特點。冷縮技術又稱預擴張技術，利用的彈性橡膠材料具有“彈性記憶”特性，安裝時只需在正確安裝位置上抽出襯管塑料，彈性橡膠體便迅速收縮并緊箍于所需安裝部位。

電纜中間接頭是電纜線路中的薄弱環節，大部分的電纜線路故障都發生在這里。也就是說，電纜中間接頭質量的好壞直接影響電纜線路的安全運行。

為降低電纜故障發生率，應做好以下防范措施：

（1）采用冷縮式電纜中間頭和冷縮式戶內（外）電纜頭；

（2）嚴格把關試驗和驗收；

（3）加強巡視防止外力破壞；

（4）加強運行維護科學管理設備。

4 結 論

提高電纜運行質量，降低故障率，是一個綜合而復雜的課題。隨著自貢地區城市建設的快速發展，城區電纜建設將是電網建設的重要內容，需要進一步提高建設施工質量，加強技術人員的技術培訓，使其及時掌握電纜設備新技術、新知識及施工技術要求，減少由于安裝工藝引起的電纜事故，打造一支高素質的電網運檢隊伍，降低電纜故障發生率。