110kV高壓電纜高阻接地故障分析及處理

湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司 安舟帆

高壓電力電纜在城市地下電網(wǎng)、發(fā)電廠、變電站等場所應(yīng)用廣泛，但近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展電纜線路的數(shù)量不斷增加，電纜故障發(fā)生概率也越來越大，嚴重影響供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，使得電力電纜故障檢測工作愈發(fā)重要。由于電纜及其附件的絕緣設(shè)計裕度較大而有效檢測方法少，施工安裝過程中產(chǎn)生的潛在缺陷。以下以某地110kV 變電站110kV 電纜輸電線路絕緣擊穿故障為研究對象，剖析事故原因及實際解決辦法。

1 電纜故障情況

某110kV 變電站雙回110kV 電纜互為備用線路，線路均通過管枕直埋、排管、頂管敷設(shè)于市政道路邊的綠化帶內(nèi)及山腳下，單回全長6.22km，共13個中間接頭井及中間觀察井。新敷設(shè)完成電纜II回線路單芯電纜B 相在用5000V 絕緣搖表測量結(jié)果為2GΩ 后做交流耐壓試驗，當電壓升至63kV 時無法繼續(xù)升高。電壓釋放后對電纜重新用絕緣搖表檢測，其絕緣大于0.5GΩ。因電纜溝槽均已回填，無法全線對電纜直接進行排查。經(jīng)與試驗人員商量后再次進行耐壓，結(jié)果電壓升至25kV 后無法繼續(xù)升高，同樣電壓釋放后進行絕緣測量仍保持0.5GΩ。

故障類型（性質(zhì)）：低阻值故障、高阻值故障、斷線故障、泄露性故障、閃絡(luò)性故障。

故障原因分類：機械損傷。外力損傷、敷設(shè)損傷、電纜剝切損傷；絕緣受潮。中間頭或終端頭安裝密封性不良、潮濕天氣未采取措施安裝；附件安裝工藝不達標。電纜終端、中間接頭等施工工藝差，導(dǎo)致試驗過程中絕緣擊穿[1]；絕緣老化。電纜在長期的電和熱的作用下物理性能發(fā)生變化，導(dǎo)致絕緣電氣性能下降。

現(xiàn)場分析：首先，隨著現(xiàn)代工藝技術(shù)的革新，絕緣材料制造過程中的龜裂、砂眼或材料褶皺等情況出現(xiàn)概率已大幅降低，電纜本身質(zhì)量一般合格；其次，機械損傷、電纜附件安裝工藝不達標、絕緣受潮。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，該類原因?qū)е码娎|故障率達70%以上；最后，因電纜尚未投運，不會發(fā)生過負荷導(dǎo)致電纜故障。而且B 相電纜經(jīng)過多次高壓試驗及絕緣測試，根據(jù)測試結(jié)果可判斷為高阻故障。

2 故障檢測及查找

一般測量方法有電橋法、低壓脈沖法、脈沖電流法[2]。本文故障定點檢測法為沖擊放電聲測法，在電纜故障測試儀處安裝沖擊電壓裝置，升壓后通過脈沖使得球隙放電，由于放電的能量與電纜電容、電壓的平方構(gòu)成正比，故障點處釋放的放電能量會發(fā)出間隙性放電聲；技術(shù)人員利用定點儀來精確確定電纜故障點。但精確定點時還可能因為電纜埋設(shè)過深聲音差別區(qū)分困難，或者背景噪聲大導(dǎo)致定點難。

2.1 現(xiàn)場檢測及查找

根據(jù)上述分析，由于故障電纜B 相屬于高阻故障，故采用脈沖電流法和沖擊放電聲測法進行故障定位。將各接頭井內(nèi)的交叉互聯(lián)解開后進行多次檢測，電纜故障測試儀顯示992m～996m 處為故障點（圖1）。

圖1 992m～996m 處故障點

按照設(shè)計圖紙及電纜敷設(shè)記錄顯示，該處在13號接頭井及12-1中間觀察井之間，且距13號接頭井大約為50m，距12-1中間觀察井大約60m，12-1中間觀察井另一側(cè)距10號中間接頭井大約110m；該段電纜正好位于在山腳下的頂管路段，頂管深度大約在地下10～13m 處，技術(shù)人員用定點儀無法聽到聲音具體位置。同時安排在前后幾個接頭井處聽聲的施工人員反饋，在13號接頭井、10號接頭井、12-1中間觀察井處均能聽見間歇性“叭叭”放電聲，考慮到110kV 電纜本身質(zhì)量一般不會出現(xiàn)問題，且測量精度存在誤差，也有可能是13號中間接頭出現(xiàn)故障。

經(jīng)商討后決定，將13號電纜頭剝開，即使故障點不是中間電纜頭，從此處向12-1小號方向進行測量，能進一步確定電纜故障點路段。電纜頭制作人員將中間電纜頭剝除的過程中未能找到絕緣擊穿點。待完全分斷后進行再次試驗檢測，電纜故障測試儀顯示68m 處，故障位置在13號接頭井和12-1中間觀察井之間（圖2）。同時用定點儀在12-1中間觀察井左右管口反復(fù)聽聲，往13號接頭井方向的聲音略大。基本可以確定故障點為13號接頭井和12-1中間觀察井之間的110m 電纜段。

圖2 13號接頭井和12-1中間觀察井間故障點

將電纜從12-1中間截斷，并將13號接頭井至12-1中間觀察井之間的電纜緩慢拖出過程中，對存在可能異常點進行色標，避免拖到地面后造成的二次損傷干擾查找原因。最終發(fā)現(xiàn)兩處明顯細小孔洞，并將其外絕緣護套切除后發(fā)現(xiàn)鋼鎧同樣有細小孔洞，將其整個絕緣層剝除后，可以明顯看見耐壓試驗過程中的絕緣擊穿及高壓脈沖對絕緣層造成的孔洞周邊融化，產(chǎn)生直徑1.5cm 的較大孔洞（圖3）。

圖3 絕緣層孔洞

2.2 故障原因分析

基本可以認為，施工人員未對敷設(shè)區(qū)域、電纜占地區(qū)域進行場地清理，現(xiàn)場存在工作井拆除的帶有釘模板；在敷設(shè)過程中，因牽引車的拖拽力較大，導(dǎo)致已拆卸的工井模板上的釘子插入電纜，但施工人員僅將其拔出后，瞞報后繼續(xù)敷設(shè)，最終因交流耐壓試驗不合格才暴露問題。

3 電纜故障查尋工作總結(jié)

3.1 基本步驟

確定故障性質(zhì)、確定檢測方法；粗測距離（電纜故障測試儀）；查詢電纜長度、路徑、各類工井位置（施工敷設(shè)記錄、設(shè)計圖紙）；精確定點（定點儀）。

3.2 總結(jié)

因現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的更新，高壓電纜一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，廠商除了賠償電纜本身還需賠付項目施工成本，故電纜本身工藝質(zhì)量不會太差。一般出現(xiàn)電纜故障問題，應(yīng)首先從電纜接頭、電纜安裝施工質(zhì)量考慮故障可能性。為避免電纜敷設(shè)質(zhì)量問題，應(yīng)對施工人員的交底中強調(diào)施工場地及環(huán)境的要求，加強施工質(zhì)量意識，提高風險認識意識，一旦出現(xiàn)問題及時上報，禁止瞞報；加強電纜絕緣監(jiān)督,現(xiàn)場技術(shù)管理人員實時監(jiān)控電纜的狀態(tài)以及時發(fā)現(xiàn)處理電纜故障,避免故障進一步擴大[3]。敷設(shè)前、敷設(shè)中解決問題的成本比敷設(shè)后再查找檢測解決，難度及成本要小得多。

在排管、頂管敷設(shè)段，其中頂管段因深度較深無法用定點儀進行精準定位，因穿線管較電纜直徑大，高壓脈沖在故障點的“叭叭”放電聲會通過管內(nèi)的空氣傳播至工井內(nèi)，容易造成誤判是電纜中間接頭處放電故障。此時應(yīng)結(jié)合電纜故障儀測試故障點距離，頂管處出現(xiàn)電纜故障需要整體更換，將靠近故障點的中間電纜頭拆除檢查，若是電纜頭問題當即解決，若不是，從拆開處進行再次故障定位，以確定是該段故障。

綜上，高壓電力電纜施工需要加強現(xiàn)場施工質(zhì)量管理，要嚴格把控試驗和驗收關(guān)，將故障源頭消除。而電纜故障查找在理論上和工程實踐方面都還需要繼續(xù)深入發(fā)現(xiàn)和解決各項技術(shù)問題，并積極探索有效監(jiān)測手段。