高壓電力電纜典型缺陷分析

王連輝，張世煉

(國網福建省電力有限公司，福建 福州 350001)

0 引言

隨著城市化的發展，以架空線路為主的電力網絡不足以滿足核心區域的用電需求，架空線路的纜化入地顯得尤為重要，電纜入地不僅大幅度提升了周邊供電的可靠性,同時也進一步美化了城市空間、道路景觀[1]。然而伴隨著電纜的廣泛應用，電纜故障數量也隨之攀升。其中，高壓電力電纜故障因其停電范圍廣、故障修復時間長等原因，對電網健康運行和居民正常生活的影響尤為嚴重[2]。

1 電纜及其附件典型缺陷分析

高壓電力電纜護層接地方式主要包括單端接地、兩端接地、交叉互聯接地等。交叉互聯接地方式利用電纜三相護層換位連接的方式削弱護層上的感應總電壓，從而有效抑制護層上的感應電流，因此被廣泛應用于長距離電纜輸電系統中[3]。然而交叉互聯接地方式在實際工程中，受各種條件制約，往往難以實現理想狀態下的交叉互聯接地，施工過程可能難以滿足設計段長平衡要求，出現電纜段長不均勻問題，導致接地環流不平衡乃至超標。

1.1 安裝工藝質量差

某變電站110 kV 及以上高壓電力電纜采用單芯結構，工作電流產生的交變磁場將在金屬護層上產生感應電流，若護套通過大地形成通路，金屬護層上將產生接地環流。接地環流超標(環流值大于50 A 或超過負荷電流的20 %或相間最大值/最小值大于3)不僅影響電纜載流量和使用壽命，環流引起的嚴重發熱會燒毀接地線或接地箱，消缺不及時可能會引發惡性電網事故[4]。

由某變電站電纜護層接地電流實測值(見表1)可知，接地環流不平衡問題主要由電纜段長不均勻引起，通過把交叉互聯系統接線方式改為金屬屏蔽層一端直接接地、另一端通過保護器接地方式后護層電流恢復正常。但是在電纜安裝中間接頭附件與防爆殼過程中，若技術人員存在僥幸心理，未嚴格把控工程質量，使用型號不適配的中間接頭并粗暴地安裝防爆殼，容易出現護層接地線破損導致接地環流超標等問題。

表1 某變電站電纜護層接地電流實測值 單位：A

1.2 電纜附件老化

電纜附件的老化容易引起絕緣能力下降[5]，例如避雷器的法蘭與上端硅橡膠絕緣套連接處密封老化會導致密封不良，且避雷器在運行過程中會緩慢吸入潮氣，引起閥片等部件受潮，閥片絕緣性能下降，造成避雷器發熱。根據《帶電設備紅外診斷應用規范》，金屬氧化物避雷器溫差達到0.5～1 K，就需要停電進行直流和交流試驗，表2 為某變電站避雷器帶電檢測數值。

表2 某變電站避雷器帶電檢測數值 單位：A

由表2 可得，C 相全電流、阻性電流相較于其他兩相偏大，由此判斷C 相避雷器內部絕緣電阻值下降，其原因可能是運行年限較久導致避雷器老化發熱。

1.3 運行工況惡劣

夏季多雨容易引起電纜通道內積水潮濕，電纜中間接頭接地方式一般采用銅編織帶連接，若電纜接頭長期處于潮濕環境，潮氣由接頭外保護玻璃鋼殼滲入銅編織帶與鋁護套焊接處就會產生氧化，導致脫焊、接地電阻升高，從而造成異常發熱。

天氣的極端變化也會導致電纜強度不足的終端尾管封鉛脫落。在安裝電纜終端時，封鉛工藝不良會導致封鉛不嚴實而造成局部脫鉛，形成較大縫隙，若此時氣溫起伏較大，也容易造成封鉛開裂。

1.4 電纜附件質量差

電纜附件廠家的產品質量、施工工藝對電纜附件的正常運行尤為重要[6]。避雷器端部防潮密封結構(密封膠)失效、高壓電纜阻水緩沖層的質量較差、封鉛施工工藝不良、外半導電層處理工藝不佳等均可能導致放電、發熱缺陷等。

對避雷器進行試驗，解剖發現避雷針內部氧化鋅閥片外側存在白色斑點，疑為閃絡放電析出鋅白，然后進行絕緣電阻測量，發現多片氧化鋅閥片絕緣電阻為0，此時避雷器已不滿足泄漏電流要求，絕緣電阻值明顯下降。分析其原因主要為避雷器端部防潮密封結構(密封膠)失效，潮氣進入到絕緣筒內部，引起閥片等部件受潮，導致絕緣性能降低并引起上半截發熱，屬產品質量問題。

高壓輸電電纜的阻水緩沖層位于絕緣屏蔽層與皺紋鋁護套之間。緩沖層應具有半導電特性及縱向阻水功能，然而許多電纜廠家對于阻水緩沖層的質量把控不嚴，在運行中出現的應力、電化學腐蝕等，造成緩沖層、屏蔽層及鋁護套之間無法形成持久、連續、良好的電接觸，形成的局部高阻使電容電流泄放不均，在絕緣屏蔽層與鋁套之間產生局部過熱，最終造成半導電絕緣屏蔽燒蝕直至破壞絕緣屏蔽層。

實際上，阻水緩沖層相關的質量管控標準缺失嚴重，現有標準技術參數要求偏低。相關標準，如IEC 60840-2011 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 30 kV (Um=36 kV) up to 150 kV(Um=170 kV)-Test methods and requirements、GB/T 11017—2014《額定電壓110 kV (Um=126 kV)交聯聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》、IEC 62067-2011 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150 kV (Um=170 kV)up to 500 kV (Um=550 kV)-Test methods and requirements 等，僅對阻水緩沖層的作用進行了籠統描述，未規定具體的電氣參數；JB/T 10259—2014《電纜和光纜用阻水帶》規定了緩沖層阻水帶的體積電阻率應小于等于105，但該標準更側重于通信電纜和光纜，對高壓電力電纜阻水緩沖層材料的要求偏低。而且許多工程人員尚未在物資采購階段重視此類缺陷的預防：一是某些工程未在高壓電力電纜設備物資采購技術條件中明確阻水緩沖帶表面電阻率、體積電阻率等指標的具體要求，也未要求制造企業隨電纜供貨一并提交阻水緩沖帶的檢測報告；二是未開展重要工程的高壓電力電纜阻水帶體積電阻率的質量抽檢工作。

2 缺陷處置方法

2.1 加強采購驗收過程管控

在物資采購階段，對供應商質量保證能力進行調查并進行評定，建立合格供應商名錄。在電纜選型上，對于非潮濕或浸水環境中運行的高壓電力電纜線路慎用阻水型電纜，排列方式優先選用“一”字形排列，慎用“品”字形排列；并在局部范圍內開展平滑鋁護套電纜的試點應用，技術條件中應明確直流電阻、絕緣性能、阻水緩沖帶表面電阻率、體積電阻率等關鍵指標的具體要求，電纜附件接地連接部位均應采用全搪鉛工藝，同時強化中間接頭防潮保護殼(玻璃鋼)兩側端部的防潮措施。電纜發貨前要求廠家截取盤內部分電纜送相關單位檢測，到貨驗收時提交相應的檢測報告等。

2.2 加強現場管控

在電纜施工安裝過程中，建設單位、監理部門應加強對電纜及附件安裝施工工藝的現場質量管理，明確現場監督標準，規范各項記錄，對關鍵部位做好影像記錄并留檔以便備查。設備運維管理單位應加強中間環節旁站監督與質量驗收，確保電纜安裝工藝達到設計標準。運維班組在日常運維過程中應定期對電纜接頭工井內自動排水設施進行檢查與維護，保證其功能正常，并及時排除井內積水，避免電纜中間接頭泡水、受潮；針對運行年限較久的避雷器，應對避雷器設備健康情況進行評估，合理安排差異化巡視，及時發現老舊避雷器上存在的缺陷，發現疑似缺陷的避雷器應適當縮短巡視檢測周期，必要時進行更換。在敷設安裝階段監督施工單位采取措施，避免阻水緩沖層在安裝過程中受潮，防止因運輸及敷設展放導致鋁護套嚴重變形使電容電流分布局部集中。

2.3 加強人員資質管理

嚴格審查電纜附件安裝人員資質，確保電纜附件安裝由經過培訓考核、熟悉工藝的人員進行，并嚴格控制安裝環境。電纜頭安裝人員進場前，運檢單位宜先行考察安裝人員撥切、打磨、搪鉛等技能，不符合要求的安裝人員，應要求施工單位更換。

2.4 加強后期測試

在電纜運行過程中應定期開展電纜環流檢測與接地回路電阻測試。環流數值能夠直觀反映電纜接地回路是否存在缺陷，且檢測操作簡便。在條件適宜時，可配置環流在線監測系統，以減輕作業人員工作量，提高監測分析效率。接地回路電阻數值可反映電纜銅屏蔽層腐蝕程度、附件中的導體連接點的接觸電阻變化情況，在例行試驗過程中應加強金屬屏蔽層電阻和導體電阻比測量與分析工作。

3 結束語

綜上所述，從安裝工藝質量、絕緣老化、運行工況惡劣、本身材料質量等四個方面對高壓電力電纜及相關附件典型的缺陷進行分析，結合電纜缺陷典型案例，針對性地提出缺陷預防方法，包括加強采購驗收過程管控、加強現場管控、加強人員資質管理、加強后期測試等措施，以此提升電纜運行的安全可靠性，降低電纜故障發生率，從而保證電網可靠運行。