帶電檢測技術在電纜設備缺陷發現中的應用

王 波，陳云飛，劉軍宇

（國網天津市電纜公司，天津 300170）

0 引言

電纜作為重要的電力設備，在城市化進程中發揮著越來越重要的作用，被廣泛應用于商業中心、車站、主要道路等不宜于敷設架空線路的區域。與架空線路相比，電纜的敷設更為隱秘，發生故障后故障點的查找和修復也更加困難。為進一步提高電纜的運維管理水平、缺陷發現能力，諸多帶電檢測技術如紅外檢測、局部放電檢測、接地電流檢測等逐漸被廣泛應用［1］。

截至2019 年底，天津地區在運35 kV 及以上電纜線路長度超過5 000 km。經統計，共發生35 kV 及以上電纜線路故障25 次。從設備類型來看，電纜本體故障13 次，終端故障4 次，中間接頭故障8 次；從故障原因來看，附件安裝質量問題8 次，外力破壞6次，電纜本體擊穿7 次，火災及異物導致跳閘4 次。而通過局部放電、環流、紅外等帶電檢測手段，發現異常達到149 處，其中局部放電異常35 處，環流異常101 處，紅外異常13 處。由此可以看出，帶電檢測技術在維護電纜設備安全穩定運行方面發揮了巨大的作用，能夠有效降低停電事故的發生概率。

隨著近年來電纜敷設里程的增加，電纜設備故障類型和特點也在不斷發生變化。介紹一起110 kV 戶外電纜終端帶電檢測結果異常案例的分析及處理過程，通過對電纜終端解體確定了異常原因，并針對性地提出了反事故措施，為避免同類事件的發生提供參考。

1 設備概況

以某110 kV 線路為例，該線路為架空線—電纜混合輸電線路，全長1.177 km，其中一電纜段為A塔—甲變電站，采用單點直接接地的方式。接地系統如圖1 所示。其中，A 塔為充油套管式戶外終端，為直接接地側，甲變電站側為GIS 終端，采用保護接地的接地方式。該段電纜于2010 年11 月投運，電纜型號為YJLW03－64／110－1×800 mm2。

圖1 接地系統

2 帶電檢測情況

2019 年6 月17 日夜間，在電纜周期性帶電檢測工作中，發現A 終端塔B 相尾管處溫度異常，溫度明顯高于其他兩相，檢測采用的設備為FLIR T630 紅外測溫儀。根據紅外成像，確定發熱點位于B 相尾管。

在檢測到發熱現象后，立即對該段電纜的接地電流進行了檢測，發現該線路A 塔至甲變電站電纜段三相接地電流全部偏高。為避免發生嚴重事故，排除設備缺陷隱患，隨即停電對該段電纜的接地方式進行了檢查，對B 相電纜終端進行了更換，并對原設備開展解體分析工作。

2.1 紅外檢測結果分析

對A 塔電纜終端進行紅外檢測，發現終端本體、避雷器、線夾都無異常，只有B 相相終端尾管處溫度明顯偏高，三相終端的紅外熱像如圖2 所示。

根據紅外熱像圖所呈現的圖譜特征，三相尾管的區域的最高溫度出現在B 相電纜終端尾管處，為61.3 ℃，A、C 兩相溫度分別為22.4 ℃、23.0 ℃。B 相比A、C 兩相溫度分別高38.9 ℃、38.3 ℃。參照Q／GDW 11223—2014《高壓電纜狀態檢測技術規范》中5.1.3中高壓電纜線路紅外診斷依據： 金屬連接部位相間溫差≥10 K 判定為缺陷。可以認定終端B 相尾管發熱異常為缺陷。

2.2 接地電流檢測結果分析

為防止盜割，天津地區所有戶外終端塔均采取銅排接地的方式，因A 塔戶外終端不具備對接地電流的檢測條件，故只對對側站內電纜接地箱采用高頻鉗形電流傳感器對接地電流進行檢測。檢測數據如表1 所示。

圖2 A 塔戶外終端紅外熱像

表1 站內終端接地箱接地電流檢測數據

經查詢，該段電纜長度773 m，無中間接頭。當時負荷電流僅為96.3 A，站內A、B、C 三相地線環流負荷比均超過50%。其中C 相絕對值高達77.3 A，負荷比高達80.27%，根據《高壓電纜狀態檢測技術規范》中的診斷依據，接地電流與負荷比值超過50%，判定為異常。按照規程判定為缺陷，應停電檢查。

經停電檢查發現，該110 kV 線路A 塔電纜終端和站內電纜終端接地方式都為直接接地，分別如圖3、圖4 所示。

圖3 站內電纜接地箱接地方式

圖4 A 塔電纜終端接地方式

正常情況下，根據DL／T 1253—2013《電力電纜線路運行規程》中對金屬屏蔽（金屬套）和鎧裝接地方式的規定，單芯電纜金屬屏蔽在線路上至少有一點直接接地［2］。這是因為當導體線芯流過交變電流時，金屬護套會在交變磁場作用下產生感應電動勢，其大小與電纜的長度和流過的電流呈正比。為避免電壓過高造成擊穿，需將金屬護層接地。當電纜長度較短時，可采取一端直接接地、另一端經保護器接地的方式，如圖5 所示。而對于較長的電纜，一般采用交叉互聯的方式來降低護套上的感應電壓。

圖5 單端接地方式

該線路A 塔到站內的電纜段兩端的接地方式均為直接接地，電纜金屬護層兩端直接接地，與大地共同構成閉合回路，在感應電壓的作用下，產生了與負荷水平相接近的接地電流。過大的接地電流在造成電能損失的同時，還會造成熱量的積累，在金屬連接不緊密的部位尤為嚴重，甚至可能造成電纜設備擊穿、起火，造成停電事故的發生［3］。

2019 年6 月22 日，該110 kV 線路停電處理缺陷，在A 塔加裝過電壓限制器，使接地系統符合規程。整改后接地電流數值如表2 所示。

表2 整改后站內終端接地箱接地電流檢測數據

由表2 中數據可以看出，經整改后，接地電流減小，符合要求。

3 電纜終端體情況

2019 年6 月22 日，停電處理缺陷，停電檢查并更換B 相電纜終端。經解體發現，B 相尾管與電纜金屬護套封鉛不良，已出現間隙，如圖6 所示。

由解體情況可知，因封鉛工藝造成的尾管與電纜金屬護套接觸不良，導致連接處電阻變大是造成此次發熱現象的主要原因，再加上線路兩端都為直接接地方式，流經金屬護套的電流較大，從而導致發熱嚴重。為處理此缺陷，作業人員重新封鉛，確保尾管與金屬護層接觸良好，并在A 塔加裝保護器，確保接地方式正常，減小了接地電流。

圖6 A 塔終端B 相尾管

4 反事故措施

封鉛作為高壓電纜附件制作關鍵工藝之一，一旦因安裝質量不合格或在運行中受振動等因素影響導致開裂，易造成設備受潮、進水或接觸不良，若長時間在此狀態下運行，易引發停電跳閘事故［4］。

渦流探傷是在電磁感應工作原理基礎上，利用交變磁場接近導體材料產生渦狀電流，渦狀電流在導體材料中流動形成逆向磁場，該逆向磁場與原磁場實現動態平衡。當金屬材質不連續，存在開裂、劃痕等情況時，該平衡被打破，使得檢測線圈的阻抗發生變化，達到檢測金屬表面是否存在缺陷的目的，廣泛應用于無縫焊接、冶金等領域［5］。近年來，逐步被應用于檢測高壓電纜附件封鉛裂紋、孔洞等缺陷。國網天津公司也對部分線路進行試點，開展渦流探傷工作。圖7 所示為站內終端渦流探傷工作現場。

圖7 站內終端渦流探傷

渦流探傷工作操作簡單，無須停電，但僅限于導體表面及近表面的檢測，存在一定制約。在實際應用中還須結合現有的局部放電、紅外、接地電流檢測等帶電檢測手段，共同維護電纜設備的安全穩定運行。

5 結語

電纜終端因其復雜的絕緣結構，現場制作安裝易受工藝水平、環境條件等因素的影響。根據近年來對電纜設備周期性帶電檢測工作的整理，發現發熱情況主要集中在電纜終端，接頭及部件連接處，也存在由于電纜本體外護套破損導致的局部發熱。

針對天津電網某110 kV 線路A 戶外終端塔帶電檢測發現的紅外異常，進行了一系列的檢測分析工作，最終可得出結論為：

1）根據紅外熱像儀拍攝的紅外圖像，將缺陷定位在電纜終端尾管處，與解體發現的實際缺陷位置相吻合，驗證了帶電檢測結果的有效性。

2）解體發現電纜因封鉛工藝不良造成尾管與電纜金屬護套接觸電阻過大，加之接地方式錯誤是造成此次缺陷的根本原因。在長期運行下，造成尾管嚴重發熱。

為避免此類問題的發生，除加強安裝施工過程中質量把控，按周期開展電纜帶電檢測工作之外，還須在紅外檢測過程中加強對尾管處的觀測，防患于未然。在條件允許的情況下，可以針對性地對此類問題開展渦流探傷排除隱患。