高壓電纜故障的分析判斷和故障點(diǎn)查找

陸毅

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司）

高壓電纜在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛，具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高和占地少等優(yōu)點(diǎn)，是確保供電網(wǎng)絡(luò)得以安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。在高壓電纜運(yùn)行過程中，由于各方面因素影響，增加了電纜故障的發(fā)生率，不僅會(huì)對人們的正常生活和生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)斐杀容^大的經(jīng)濟(jì)損失，會(huì)降低用戶用電體驗(yàn)感。為了避免上述問題的發(fā)生，則需要做好220kV高壓電纜故障分析工作，結(jié)合實(shí)際情況做好故障判斷和故障點(diǎn)查找工作，然后制定有效預(yù)防和解決措施，以此來提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率。

一、高壓電纜故障類型

1.電纜老化

220kV 高壓電纜長期運(yùn)行階段，由于受電、光、熱、機(jī)械等諸多因素的影響，會(huì)導(dǎo)致電纜出現(xiàn)老化現(xiàn)象，不僅降低了電纜絕緣性能，還會(huì)增加電纜故障的發(fā)生率。通常情況下，220kV 高壓電纜使用30 年后，加之外界環(huán)境因素的影響，將會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，具體如下：

（1）環(huán)境當(dāng)中的水分子若進(jìn)入絕緣層，在電纜長期運(yùn)行下會(huì)形成水樹枝，逐漸導(dǎo)致絕緣擊穿。

（2）如果220kV 高壓電纜線路熱源相距比較近時(shí)，且長時(shí)間經(jīng)受高溫后，將會(huì)出現(xiàn)電纜熱老化現(xiàn)象。

2.電纜附件故障

220kV 高壓電纜對其附件提出了較高要求，由于其制作工藝相對比較復(fù)雜，導(dǎo)致高壓電纜的終端、接頭等附件極易發(fā)生故障。如今，220kV 高壓電纜常見附件故障如下：

（1）在電纜終端、中間接頭制作存在質(zhì)量問題，如在導(dǎo)體連接管壓接、導(dǎo)線壓接等制作階段，未能夠按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來開展工作，從而導(dǎo)致附件質(zhì)量低下，誘發(fā)一系列的安全故障。

（2）在電纜接頭制作階段，周圍環(huán)境濕度不滿足標(biāo)準(zhǔn)，不僅會(huì)影響電纜的絕緣性能，也會(huì)增加電纜擊穿故障的發(fā)生率。

（3）附件制作材料不符合要求，導(dǎo)致電纜附件膨脹系數(shù)與本體間存在比較大的差距，進(jìn)而降低電纜的密封性能，增加短路故障的發(fā)生率。

3.電纜護(hù)層故障

為了盡可能降低電纜主體所遭遇的侵蝕損壞程度，一般會(huì)選擇將保護(hù)套增加至電纜外層，這就要求電纜護(hù)層具備較好的絕緣性能，以達(dá)到提高電纜護(hù)層整體性能的目的。在220kV 高壓電纜中，電纜護(hù)層屬于比較常見的故障類型，其會(huì)影響電纜傳輸效率，具體故障原因如下：

（1）在進(jìn)行電纜本體或附件制作階段，存在質(zhì)量不合格問題，最常見的便是電纜護(hù)層缺陷。

（2）電纜施工未能滿足相關(guān)工藝要求，從而導(dǎo)致施工質(zhì)量不滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，增加電纜護(hù)層故障的發(fā)生率。

（3）受其他建筑施工外力影響，誘發(fā)電纜護(hù)層故障。

4.高壓電纜接地故障

接地線焊接不牢固。在電纜接頭制作和安裝過程中，未嚴(yán)格按照規(guī)范和要求進(jìn)行焊接，同時(shí)在接地線焊接時(shí)選擇簡單的綁扎纏繞，從而導(dǎo)致銅帶屏蔽層與接地線出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而增加了線路接地故障的發(fā)生率。

二、220kV 高壓電纜故障分析判斷要點(diǎn)

在220kV 高壓電纜運(yùn)行過程中，出現(xiàn)各種類型的電纜故障，各類故障所具有的特點(diǎn)不同，比如導(dǎo)電故障，其一般是指導(dǎo)體故障，然而在導(dǎo)體故障中又涵蓋了導(dǎo)體短接誘發(fā)的短路故障、導(dǎo)體斷線誘發(fā)的開路故障，因此要結(jié)合具體故障類型來做好故障分析判斷工作。

通過深入調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有220kV 高壓電纜故障類型如下：（1）高阻或低阻故障。（2）接地、短路以及斷線等混合故障。（3）閃絡(luò)或封閉故障。（4）單相、兩相以及三相故障。如果發(fā)現(xiàn)220kV 高壓電纜故障，則需要結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和方法來對故障類型給予簡單的分析判斷，以期為后續(xù)故障點(diǎn)查找和故障處理提供參考借鑒。

在220kV 高壓電纜故障電阻狀態(tài)進(jìn)行檢測時(shí)，可以借助萬用表來對低阻故障或者高阻故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析判斷，借助直閃法測量可以明確其是否為閃絡(luò)故障。如果故障點(diǎn)電阻無窮大時(shí)，選擇低壓脈沖法測量，并對斷路故障原因進(jìn)行判斷。如果故障點(diǎn)電阻為零時(shí)，選擇低壓脈沖法給予分析判斷。

在220kV 高壓電纜故障進(jìn)行分析判斷時(shí)，需要先對其故障類型進(jìn)行判斷，隨后借助相關(guān)技術(shù)和方法來檢測故障原因和故障點(diǎn)，這樣不僅可以提高故障診斷效率，還可以有效降低故障誤判和漏判的概率。

三、高壓電纜故障點(diǎn)查找方法

1.故障點(diǎn)粗測定位

（1）高壓脈沖法。基于高壓作用下，將會(huì)導(dǎo)致電纜故障位置存在閃絡(luò)點(diǎn)，使高阻故障發(fā)生轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)發(fā)射瞬間短路現(xiàn)象。此時(shí)，需要做好反射波分析工作，對具體故障點(diǎn)進(jìn)行判斷，即所謂的高壓閃絡(luò)法，其在泄露性高阻故障判斷中得到了廣泛應(yīng)用。

（2）低壓脈沖法。其采用的是微波傳輸理論，需要在電纜故障相上添加脈沖信號，如果在電波傳輸過程中觸碰到故障點(diǎn)將會(huì)反射回一部分的電波，通過測量與計(jì)算反射電波的時(shí)間差就可以對220kV 高壓電纜故障范圍進(jìn)行準(zhǔn)確判定。長時(shí)間的應(yīng)用實(shí)踐表明，在金屬性短路故障和低阻故障測試時(shí)，脈沖閥具備較高的準(zhǔn)確度，在電纜部分接頭位置顯示、電波長度的校準(zhǔn)及電纜傳輸速度校對中，也具有比較明顯的優(yōu)勢，但是也存在一定缺陷，即不能對閃絡(luò)故障與高阻故障進(jìn)行有效測試。

（3）二次脈沖法。其要求工作人員對220kV 高壓電纜故障發(fā)射低壓脈沖，在維持特性阻抗穩(wěn)定的同時(shí)，高阻故障點(diǎn)位置脈沖會(huì)出現(xiàn)不反射情況，直到另一終端后才會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象。在對這段波形進(jìn)行記錄后，再次向故障發(fā)射高壓脈沖，當(dāng)其擊穿故障點(diǎn)后將會(huì)轉(zhuǎn)化為低阻故障，并在儀器中呈現(xiàn)低壓脈沖，且遇到故障點(diǎn)時(shí)會(huì)直接反射回來，并對這段波形進(jìn)行再次記錄，通過對兩段波形進(jìn)行對比分析，有異常或有交叉點(diǎn)的位置就可以判定為故障點(diǎn)所在位置。

2.故障點(diǎn)精確定位法

（1）沖擊放電聲測法。一般是將高沖擊電壓添加至故障電纜任意位置，通過對故障點(diǎn)閃絡(luò)放電時(shí)發(fā)出的聲音進(jìn)行分析，待其傳輸至地表后就可以借助定位儀來確定故障點(diǎn)位置（圖 1 所示）。

（2）音頻法。針對單相、兩相或三相短路故障，對應(yīng)的電阻值為零，通過沖擊放電聲測法無法對故障點(diǎn)位置給予精確定位，此時(shí)可以選擇音頻法進(jìn)行判斷。該方法主要是根據(jù)高壓電纜兩相線電流流動(dòng)過程中所產(chǎn)生的磁通相位變化原理來進(jìn)行判斷，從而獲得故障點(diǎn)準(zhǔn)確位置。

（3）聲磁同步法。該方法要對聲測法進(jìn)行改進(jìn)，并根據(jù)聲波與電磁波來對故障點(diǎn)進(jìn)行判斷。如果電磁信號與地震波信號同步時(shí)，則可以判斷附近就是故障點(diǎn)位置。

四、220kV 高壓電纜故障實(shí)時(shí)診斷技術(shù)

1.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)有220kV 高壓電纜故障處理側(cè)重于定期維修或事后維修，并且故障分析一般是在事后對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和總結(jié)，從而導(dǎo)致故障問題無法得到及時(shí)、有效處理。實(shí)時(shí)監(jiān)測220kV 高壓電纜運(yùn)行數(shù)據(jù)尤為重要，可以及時(shí)、準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置。為了提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率，國家電網(wǎng)公司制定了“三型兩網(wǎng)”戰(zhàn)略目標(biāo)，其中的兩網(wǎng)是指泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，前者是在電力系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即在電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、電源企業(yè)及其設(shè)備、電力供應(yīng)商及設(shè)備、電力相關(guān)用戶及設(shè)備間實(shí)現(xiàn)資源信息開放共享。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)一般是由應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層四層結(jié)構(gòu)組成，涵蓋了內(nèi)外部需求兩個(gè)層面，如圖2 所示。其中，內(nèi)部需求主要是“以我為主”，通過與其他部門進(jìn)行結(jié)合后實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)一張圖、數(shù)據(jù)一個(gè)源、業(yè)務(wù)一條線”，即所謂的全程透明、一網(wǎng)通辦。而外部需求主要是“我為主導(dǎo)”，連接上下游、內(nèi)外資源和需求，拉動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并努力打造互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，不僅可以實(shí)現(xiàn)資源共享，還可以提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率。

2.實(shí)時(shí)監(jiān)測診斷技術(shù)

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，借助5G 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能傳感和分析算法等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對電力電纜數(shù)據(jù)的收集、分析、傳輸、管理，進(jìn)而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測220kV 高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)的目的，準(zhǔn)確查找故障點(diǎn)位置。通常情況下，電網(wǎng)各終端均可對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給予合理應(yīng)用，而且終端并非簡單的局限在計(jì)算機(jī)上，其能夠轉(zhuǎn)向嵌入式計(jì)算機(jī)及相關(guān)傳感器中。在220kV 高壓電纜故障判斷中，可以選擇微型化、小型化傳感器，如影像傳感器、位置傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，其能夠?qū)Ω邏弘娎|運(yùn)行數(shù)據(jù)給予實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)。借助5G 無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對上述數(shù)據(jù)的有效傳輸，最后通過智能終端來對故障點(diǎn)進(jìn)行綜合研判。

220kV 高壓電纜故障定位原理如圖3 所示，按照要求將各種傳感器歸為一組，并且在高壓電纜a、b、c、d 點(diǎn)上依次放置傳感器，以便對高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳。如果某時(shí)刻k 點(diǎn)出現(xiàn)故障或缺陷時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致b、c 點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳出現(xiàn)異常，通過智能終端進(jìn)行分析，且綜合研判b、c 點(diǎn)影像傳感器數(shù)據(jù)后，就可以對k 缺陷點(diǎn)或故障點(diǎn)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后將研判結(jié)果進(jìn)行反饋后，通知運(yùn)維人員進(jìn)行故障處理。

五、220kV 高壓電纜故障防范與措施

1.高壓電纜頭防范措施

（1）在進(jìn)行220kV 高壓電纜終端制作過程中，要做好防潮處理工作。

（2）所選擇的高壓電纜終端頭附件盡量配備應(yīng)力管。而且在電纜頭制作過程中，要做好密封處理工作，避免外界的導(dǎo)電介質(zhì)及水侵入，誘發(fā)爬電現(xiàn)象。

（3）電纜頭制作好后，在接線安裝過程中，要求電纜分支嚴(yán)禁出現(xiàn)多次被扭轉(zhuǎn)、彎曲現(xiàn)象。

（4）在熱縮電纜終端頭長時(shí)間運(yùn)行過程中，要做好電纜終端頭巡查工作，并及時(shí)清除掉電纜頭上的灰塵。

（5）對電纜頭與導(dǎo)體連接期間，如果選擇使用不銹鋼螺栓時(shí)，要確保出線導(dǎo)體銅端面與接線端子平面平行貼合。

2.強(qiáng)高壓電纜質(zhì)量控制

（1）保證電力設(shè)計(jì)水平。在220kV 高壓電纜設(shè)計(jì)期間，各電力設(shè)計(jì)院力求做好電力系統(tǒng)規(guī)劃工作，以確保后續(xù)實(shí)施的順利進(jìn)行。同時(shí)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)單位及相關(guān)人員間的交流與溝通，這樣不僅可以提高設(shè)計(jì)方案的合理性、全面性，而且還可以及時(shí)避免其中可能出現(xiàn)的故障，進(jìn)而確保電力設(shè)計(jì)水平。

（2）合理選擇高壓電纜材料。針對于220kV 高壓電纜制作過程中，要對高壓電纜材料給予合理選擇，這樣既可以提高高壓電纜質(zhì)量水平，還可以降低高壓電纜故障率，確保高壓電纜長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）提高高壓電纜制作工藝。通常情況下，高壓電纜制作工藝選擇合理與否將會(huì)直接決定高壓電纜制作效率和質(zhì)量。制作工藝水平高低可以決定高壓電纜使用壽命長短，這樣就需要生產(chǎn)廠家注重對先進(jìn)高壓電纜制作工藝的選擇，并嚴(yán)格監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)境，避免由于自然環(huán)境不適宜或操作不規(guī)范而降低220kV 高壓電纜質(zhì)量。

（4）做好電纜質(zhì)量檢驗(yàn)工作。作為220kV 高壓電纜生產(chǎn)企業(yè)要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并重視電纜質(zhì)量管理。同時(shí)按照要求做好電纜質(zhì)量檢驗(yàn)工作，嚴(yán)禁存在質(zhì)量問題的電纜流向市場。此外，監(jiān)督部門還需要做好出廠電纜產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)工作，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)給予處理，以此來確保220kV 高壓電纜整體質(zhì)量。

六、結(jié)束語

綜上所述，220kV 高壓電纜在我國電力系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，將會(huì)直接決定社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生活水平。為此，需要做好220kV 高壓電纜故障判斷和故障點(diǎn)查找工作，并在對其誘因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出有效的預(yù)防措施，這樣不僅可以降低故障發(fā)生率，極大有效提高220kV 高壓電纜運(yùn)行效率。