10k V配電線路常見故障分析與改進研究

張小琛 陶宇航

（國網天津市電力公司城西供電分公司）

0 引言

配電網作為供給居民、商業及工業高壓用電的最后一環，具有分布范圍廣、設備類型及型號復雜、維護難度大、故障時點位難以查找等特點及問題［1，2］。尤其在城市中心區，由于存在醫院、政府、通訊等各類重要用戶，對電能質量也提出了更高的要求［3-5］。以天津市南開區為例，2020年度上半年共發生配電線路故障49起。其中，架空設備引起故障25起，電纜設備引起故障17起，用戶原因引起故障6起。通過分析數起架空線路設備及電纜設備故障實例，對配電網典型故障進行總結，為今后的運行維護工作提供建議及指導。

1 配電線路隔離開關故障分析

2020年春季，某地區10kV配電線路連續發生多次跳閘事故。經查，故障均由柱上隔離開關引起。

1.1 隔離開關進水導致瓷瓶崩裂案例

2020年3月2日，某10kV線路零序保護動作，重合不良。經查線，判斷為柱上隔離開關中相瓷瓶崩裂，經更換后恢復送電。兩個月后，該線路再次零序保護動作，故障點位相同，現場同樣發現瓷瓶崩裂。兩次故障時均為雷雨天氣。次日，采用不停電作業法將故障設備更換，并進行解體分析，瓷瓶分解情況如圖1和圖2所示。

經過對替換下隔離開關解體，發現該批次瓷瓶底部支撐與底板連接處無任何防水防潮措施，固定螺栓直接通過水泥及粘接劑連接。在下雨時，雨水通過螺栓空隙處進入粘接界面，受冷熱后將瓷瓶漲碎。

根據分析結果，通過將后續柱上隔離開關更換為復合絕緣子型，避免同類事故再次發生。

圖1 隔離開關支撐瓷瓶崩裂

圖2 隔離開關另一側完好瓷瓶底部

1.2 隔離開關合閘位置不良案例

2020年4月2日，某10kV開關過流保護跳閘，重合良好。經查線，發現線路上一隔離開關邊相崩裂，同時將刀片崩開導致線路缺相運行。該開關于2019年底裝設，經不停電作業更換后，發現動觸頭與靜觸頭發生錯位，未形成良好接觸，刀片嚴重過火，在負荷較大時導致拉弧放電。故障時，天氣狀況晴好。故障現場如圖3所示，過火情況如圖4所示，刀片合閘錯位情況如圖5所示。

圖3 故障后隔離開關

圖4 故障后刀片過火情況

圖5 處于合閘位置時刀口錯位情況

經分析，本次故障原因為新裝設刀閘后，在桿上進行合閘操作時，由于邊相絕緣桿會向刀片施加橫向作用力，導致刀片動觸頭偏向外側，未能夾住靜觸頭，而是壓在靜觸頭邊緣。由于刀片位置較高，地面難以觀察觸頭接觸情況，導致送電后持續接觸不良，刀片燒蝕后拉弧放電，崩壞磁柱。

根據分析結果，通過將柱上隔離開關更換為靜觸頭橫置式復合絕緣子型，避免同類事故再次發生。

2 配電線路電纜故障分析

在電力線路布置方式中，主要有架空線路及電纜線路兩種方式。架空線路架設成本較低，且維護、故障修復較為方便，但在發生惡劣天氣時易發生故障，且較為不美觀。電纜線路鋪設成本較高，但具有不影響市容、載流量大、不受天氣影響等優點，在城區應用較多。電纜線路在發生故障時，定位及修復時間較長，適合線路網架結構較為完善時采用。

2.1 電纜熱縮中間接頭故障案例

2020年1月6日2：05，某線路零序保護動作，重合不良。經查線，發現某段電纜中間接頭故障，通過將故障點倒路隔離后送電。

在對故障位置開挖后，將該接頭切除并重做。該接頭于2016年制作，絕緣及護套采用熱縮工藝，線芯通過壓接方式連接。通過對接頭進行解體，發現護套內存在少量不明顯水漬。打開非故障相后，發現線芯已完全從接續管中脫出。經對比故障相放電位置，確認線芯脫出拉弧為故障直接原因。同時，發現銅屏蔽與銅網固定處采用綁線而非恒力彈簧，導致在外半導電層產生明顯壓痕。線芯解剖后對比如圖6所示，綁線對半導電層形成壓痕如圖7所示。

圖6 故障與非故障相同一位置對比

圖7 綁線在銅屏蔽層及外半導電層形成壓痕

經分析，本次故障原因為中間接頭壓接時，壓接不實。在冬季低溫時，電纜受冷收縮，在接頭處形成較大拉力，導致線芯脫出放電。同時，銅屏蔽層與銅網固定綁線過緊，導致對半導電層形成明顯壓傷，形成電應力集中，制作工藝不合格。

根據分析結果，通過對施工作業人員加強培訓，規范中間接頭制作流程，解決該問題。

2.2 電纜冷縮中間接頭故障案例

2020年6月24日，某線路零序保護動作，重合閘未投入。經查線，發現變電站出口電纜中間接頭故障，經倒路隔離故障點后恢復線路送電。

將故障接頭挖出并切除后，發現該接頭為冷縮工藝，打開鎧裝帶后未發現進水痕跡。但故障相自半導電斷口處至線芯完全燒焦。對非故障相進行解剖，在主絕緣處發現多處刀傷且未經打磨處理。半導電斷口不均，且未進行倒角。主絕緣斷口處亦未做鉛筆頭。故障相冷縮套管打開后，發現內部充滿碳粉，并延伸至對端。主絕緣及半導電層情況如圖8所示，故障相對比如圖9所示，放電位置情況如圖10所示。

圖8 非故障相主絕緣傷痕及半導電斷口

圖9 故障相位置對比

圖10 放電位置將三相線芯燒壞

經分析，故障主要原因為主絕緣清潔不佳（或清潔時雙向擦拭），使絕緣表面摻雜碳粉等雜質，導致在冷縮套管內自線芯沿面向銅屏蔽持續爬弧，放電位置延伸到屏蔽層時，發生永久接地擊穿。同時，亦發現該接頭存在主絕緣存在縱向刀傷未打磨、半導電及主絕緣斷口處未倒角等工藝問題。

2.3 電纜冷縮終端接頭故障案例

2020年8月1日，某線路零序動作，重合不良。故障后，接居民反映，某電纜終端桿有持續放電和放炮聲。經查線，發現該處電纜終端接頭單相燒損，將該接頭切除后重做并恢復送電。

根據現場觀察，該終端接頭外觀存在固定卡箍位置過高（已到達三叉手套處）、彎曲角度過大問題。故障相絕緣層已全部燒損，露出線芯。打開冷縮外護套后，發現應力錐與半導電層未形成有效搭接，且彎折角度接近90度。主絕緣表面及半導電斷口存在明顯刀傷，且未經打磨。另兩相打開后，亦在半導電斷口處發現放電痕跡。故障相放電位置位于半導電斷口處，沿銅屏蔽層持續放電，將主絕緣全部燒損。接頭整體外觀如圖11所示，應力錐情況如圖12所示，主絕緣及半導電處理情況如圖13所示。

圖11 故障終端接頭整體情況

圖12 應力錐與半導電層搭接情況

圖13 主絕緣及半導電斷口情況

經分析，本次故障主要原因為接頭制作尺寸偏差過大，且絕緣表面傷痕未經處理，導致半導電應力疏散措施失效。接頭因刀傷于半導電斷口處電應力較大擊穿后，對銅屏蔽層放電，持續燒損線芯，至三叉手套處形成永久接地點，導致線路故障跳閘。同時，電纜上桿長度過高，纜頭裕量較小，彎折角度過大。

2.4 變壓器一次線故障案例

2020年7月17日，某地接工單發生停電。經查線，發現某配電站變壓器出線間隔內，變壓器一次線整體燒損，保險熔斷跳閘。同時，開關柜過火，無法繼續使用，經整站更換后恢復送電。

該站于數年前曾進行改造，將原空氣絕緣式開關柜改造為六氟化硫開關柜。由于柜型變更，變壓器出線位置發生變化，原穿墻套管無法滿足走線要求，通過將高壓室與變壓器室之間隔板切出穿線孔洞后解決。一次線采用交聯聚乙烯電纜，故障后已燒損至裸線狀態。高壓室情況如圖14所示，變壓器室情況如圖15所示。

圖14 高壓室穿線位置及燒損情況經分析，本次故障原因為變壓器一次線穿越隔板時，未經穿墻套管或絕緣支撐，直接搭接在隔板切口

圖15 變壓器室穿線位置及燒損情況

處。由于變壓器運行時會產生震動，使一次線在隔板處持續發生摩擦，絕緣受損后對地放電，并燒損線路及開關柜。為避免同類事故再次發生，通過全面排查類似配電站房，將存在的無支撐物一次線重做穿墻套管，以解決該問題。

3 結束語

配電線路作為電力傳送系統中重要組成環節，其輸送的質量直接關系著整個電力系統的運行安全。針對配電網架空線路設備及電纜設備常見故障，進行分析及總結。在各種故障中，施工工藝不良占較多因素。由于配電網網架結構復雜、設備種類型號較多，難以對施工工藝質量進行把控，但可通過對作業人員進行培訓、考核等方式，提升施工人員技能，避免人為因素導致故障的發生，將可能產生的電力故障扼殺在萌芽里。