高壓電力電纜運行典型故障分析

曹偉玲，操晨潤，朱能飛，孫哲軍，張 瀟

（1. 嘉興市恒光電力建設有限公司， 浙江 嘉興 314000；2. 國網浙江海鹽縣供電有限公司， 浙江 嘉興 314000）

在實際運行中，電纜面臨各種類型的故障風險[1]。從某地區2017—2020 年交聯聚乙烯電纜故障數據來看，電纜本體故障約占17%，附件及附屬設備故障約占58%，外力破壞約占25%。為了進一步地探索降低電力電纜綜合故障率的可行性方案，提高供電的可靠性，本文結合某地區交聯聚乙烯電纜的運維檢修經驗，從故障現象、機理及影響評估等方面分析電力電纜運行典型故障，并提出預防措施。

1 電纜本體典型故障分析

1.1 制造工藝

電纜裝盤運輸的過程中，受原材料及制造工藝影響，電纜外護套可能會因擠壓發生變形，甚至開裂。某110 kV電纜線路工程，敷設前開盤檢查電纜時，發現外護套明顯偏心受擠壓。與生產商聯合檢查時，發現同批次電纜多處外護套橫向開裂。經檢驗分析，電纜運輸過程防護到位，排除外力破壞，確認為工藝不達標導致此缺陷。

1.2 絕緣老化

選型不當、運行環境不佳是導致電纜絕緣非正常老化的主要原因。某110 kV電纜接頭和終端接地連接處鋁護套發生環境老化，電纜終端擊穿位置在終端鋁護套斷口附近。對終端解剖發現，尾管接地鉛封焊接處鋁護套表面氧化嚴重，鉛封與鋁護套連接面有較厚的白色氧化物。此次故障是由于電纜附件設計中對電纜鉛封位缺乏必要的防水密封措施，且安裝時未加以控制，造成在運行過程中鉛封進水，并引起化學腐蝕，造成接地接觸不良。

2 電纜附件及附屬設備典型故障分析

2.1 中間接頭

圖1 為一起中間接頭擊穿故障接頭解體照片。經查，應力錐約1/3 處表面有明顯電氣擊穿孔洞，應力錐表面纏繞的帶材被電弧融化，空洞周邊可見明顯白色灼燒痕跡，內部半導電層部分有明顯的擊穿孔洞；金屬屏蔽罩表面放電點附近有黑色不明殘留物，表面放電痕跡顯示以一個點為中心向四周擴散，整個區域呈圓形；剖開擊穿通道斷面，可見放電通道，且半導電層部分受損面大于絕緣層，顯示擊穿放電是從應力錐內部向外進行。此次故障為半導電層內部存在雜質，運行過程中承受高壓后該處電場（應力）局部集中，雜質部分放電灼傷半導電層和主絕緣層，導致對地絕緣不足最終引起擊穿。

圖1 一起中間接頭擊穿故障接頭解體

2.2 終端頭

圖2 為一起終端漏油故障終端解體，經查，底板下方有放電燒黑的痕跡；瓷套管內壁及電纜本體等部件粘附有少量油，油品呈黑色；應力錐尾裙破損，錐托中上部位置有一處直徑5 cm熱擊穿燒熔成的孔洞，與之相對應的電纜本體位置，主絕緣（交鏈層）燒熔，主導體線芯基本熔斷外露；應力錐底部與定位項圈結合部位燒熔，錐內底部有孔洞，未與外表面貫穿，定位項圈已完全熔斷；鋁護套斷口向下6 cm起38 cm止成尖角隆起，在34 cm處有2個相鄰的熱擊穿點，尾管外部表面無損傷，尾管繞包部位5 根銅編織帶可見，鉛已熔化。此次故障為半導電斷口與應力錐未能緊密配合，導致應力錐無法均布電場，高場強處發生放電熱擊穿，絕緣油從穿孔處滲漏至尾管下，引起套管內大量絕緣油流失。

圖2 一起終端漏油故障終端解體

2.3 接地系統

在對110 kV某線路帶電檢測時，發現終端護層接地線感應電壓超標，三相感應電壓都超過100 V，其中B相更是高達336.1 V。進一步檢查發現，其接地箱箱體和接地電纜均嚴重發熱，電纜線路另一端的護層保護器破損碎裂，接地系統存在嚴重缺陷。該線路的接地方式存在錯誤，由于沒有直接接地點，導致護層感應電壓升高，接地電流只能經線路兩端的保護器入地，而保護器電阻很高，電流流通導致發熱嚴重，長期發熱導致保護器損壞[3]。

3 外力破壞危險點分析

3.1 各類施工

各類施工對電纜運行帶來了壓力。例如電力、熱力、通訊、自來水、中水、污水、燃氣等各種地下管線與電纜線路的交叉、平行的拉管、頂管，修路，植樹，埋設各種公路標志牌、公交站牌、路燈、交通攝像頭基礎樁，新建房屋，地鐵站點、進出站口、通風口等所有的明開挖掘施工；因外部施工對電纜線路正常安全運行造成隱患須對電纜線路進行加固、懸吊等特殊保護措施的施工。

3.2 火災

以電纜自身引起的火災事故為例，該類火災主要由電弧引起，當電纜存在接頭爆炸、接地系統缺陷及絕緣缺陷等情況時，容易產生電弧，進而形成電弧引燃。

4 預防措施

4.1 “三全”管控

“三全管控”即為全過程質量管控、全隊伍技能提升、全周期狀態巡檢。

全過程質量管控即建立電纜全壽命周期質量追溯考核機制。采購到貨時嚴格管控電纜及其附件源頭，嚴格執行現場敷設前電纜、附件的質量檢驗；敷設過程中所有可能發生的問題做好預案；施工過程中加強工藝審核，采用線上線下相結合方式，組建專家隊伍巡查，不定期檢查施工質量。對于保質期內發生的質量問題，嚴格考核責任單位及個人。

全隊伍技能提升即擇優篩選專業骨干組建電纜專家隊伍，從基礎知識、故障分析等理論培訓入手，結合質量檢測、實際操作、仿真試驗等技能訓練，重點加強電纜知識、建設、運維、檢修、實訓等全過程管理能力，全面提升電纜人才隊伍的技能水平。

全周期狀態巡檢即全面開展電纜帶電、停電檢測技術應用。新建電纜交接時，提高檢測廣度和深度；日常巡檢時分級管理，跟蹤重要電纜運行狀態，實施差異化巡視策略；定期復檢隱患電纜，及時消除運行缺陷。

4.2 數智化管理

提高電纜系統智能化水平，通過設備在線化，減小電纜設備物聯的顆粒度。做好電纜主設備的狀態感知，重點是“全狀態檢修”和“預測性維護”，即從傳統的計劃檢修，逐步過渡到根據實時的狀態數據去制定檢修計劃，最終發展為根據歷史的狀態和其他數據，提出未來的檢修計劃。更進一步地，數字化連接整個電纜運行管理體系，打通臺賬數據、作業數據、實時控制數據、狀態數據、故障數據和計劃數據，構建相應的分析和計劃決策模型。將簡單的狀態監測、參數或閾值告警系統升級為數智化系統。