高壓電力電纜故障原因分析和試驗方法

王政

上海東捷（建設）集團有限公司 上海 200120

引言

現階段，物聯網技術已經在發電機﹑變壓器﹑輸電線路，以及各種二次設備的狀態監測中得到了推廣使用。其中，電力電纜作為電力系統中連接各類電氣設備的重要工具，保證其工況良好對維護整個電力系統的穩定運行有重要影響。基于此，設計一種適用于電力電纜狀態監測的物聯網監測系統，成為新時期電力運維與管理工作的一項重要任務。

1 電力電纜故障分析的意義

根據我國現行標準的規定，高壓電力電纜是指額定電壓為1000V以上的電力電纜，是在電力系統的主干線路中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產品，其基本結構是由線芯（導體）﹑絕緣層﹑屏蔽層和保護層4部分所組成，在我國電力線路中所占的比重越來越大。可以說，高壓電力電纜運行的安全性與穩定性，對于國家發展及社會經濟進步具有十分重大的影響，一旦其運行出現故障，就會造成大范圍﹑大面積的停電，影響到居民的正常生活以及企業的生產經營活動。因此，對高壓電力電纜出現故障的原因進行分析，是電力部門必須把握的重要問題。只有認真分析高壓電力電纜出現故障問題的原因，才能針對性提升高壓電力電纜試驗方法以及檢測技術的專業性[1]。近年來，隨著我國的城市化發展和工業化建設，在有限的區域內，高壓電力電纜的數量不斷增加，導致這些地區的電纜之間的絕緣狀態不斷降低，極易發生故障問題。而通過系統的故障分析，并配套以科學的試驗方法及檢測技術，才能做到對高壓電力電纜故障問題的“防患于未然”，確保其運行的安全性與穩定性。但在進行分析和檢驗的過程中，工作人員必須注意，由于高壓電力電纜規模較為龐大，同時構造也比較復雜，導致故障問題也相對較為復雜，因此，在檢驗的過程中必須秉持嚴謹的態度，嚴格按照規定的程序，運用科學的方法進行檢測試驗，從而確保工作的質量和效率。

2 電纜故障原因

2.1 運維管理問題

高壓電纜在長期運行過程中會受到多種因素的影響，進而出現不同程度的絕緣﹑老化現象，為了保證高壓電纜能正常運行﹑確保供電系統的穩定性，電力企業需要選派專業的運維管理人員對其進行維修﹑養護管理工作，以此提升高壓電纜的可靠性。但部分工作人員對規范操作的意識認知不足，在實際運維管理過程中并沒有嚴格按照高壓電纜的運維管理標準實施操作，進而導致運維管理工作不到位，無法及時修復或排除高壓電纜中的安全隱患，進而便會影響到高壓電纜的運行質量。在實際運維管理工作中，如若操作人員的操作行為不規范﹑沒有依照標準要求佩戴防護裝置，那么便容易出現設備損壞或運維人員觸電事故，這樣一來不僅無法保證高壓電纜的運維管理質量，還會威脅到相關人員的生命安全。

2.2 絕緣老化

導線的絕緣問題其主要表現為導線的樹枝狀老化現象，大致分為以下幾類[2]：①電枝條。電枝條由于內部電場的變化高度，而引起部分放電形成。電枝條老化的整個階段主要包括了3個部分，第一個是誘導階段，第二個是成熟期，第三個是擊穿階段。在誘導階段中并無明顯的部分放電現象出現，而是加壓到所規定的時限內，才發生了部分釋放的現象。在生長時期中的部分釋放僅要求很小的交流電壓就可以保持，該時期的枝條的種類逐年增加，部分釋放的電流頻率也在逐年的增加中。②水樹枝，水枝條形成的主要原理就是由內部的失水所造成的，而水枝條的產生前提一定是內部電場﹑水和起點。因為導線的制造﹑鋪設﹑安裝和管理的各個環節都有機會進行水分的侵蝕，有些水分滲入非導體，絕緣體在交變電場的持續作用下，水分持續的滲入到終極點內部，從而產生了樹枝狀。

2.3 電網需求不斷增長

在我國工業用電﹑生活用電的需求量不斷增加的今天，盲目提高電網的負載率并不是一項科學的舉措——在傳統高壓電力電纜設備的運行壓力不斷提升的過程中，對整個電網造成的損耗也是顯而易見的。如果電網規模不能及時擴大且高壓電力電纜長時間處于高負荷的狀態，電網傳輸電能的效率和質量均會下降，最終會造成資源利用率降低﹑安全隱患頻繁出現的情況。

2.4 自然因素的影響

在高壓電纜運行期間，時常因自然因素的影響而發生故障問題。當遇到強降雨或大風等惡劣天氣時，高壓電纜便容易出現線路跳閘等現象，降低供電系統的運行效率。此外，部分高壓電纜安裝在山區或林園內部，如若在惡劣環境中出現故障問題，那么還容易引發火災事故，造成嚴重的不良影響。

3 電力電纜試驗方法

3.1 導體直流電阻

對直流電阻產生影響的因素主要涉及以下幾點[3]：①導體材質。當導體材質不符合規定標準要求，將對導體電阻帶來不同程度上的影響，確保導體材質純度非常必要；②導體截面。直流電阻大小與導體截面積有著密切的關聯性，基于長度與材質相同條件下，導體截面積越大，導體直流電阻也會隨之增大。電纜外徑不變，當導體截面積增大時，必然會使原有絕緣層厚度減小，隨著時間推移，將會直接影響高壓電力電纜的絕緣性能。通常情況下，以20℃的環境條件為標準，對導體直流電阻進行測定，例如，測定16mm2截面直徑的電力電纜的直流電阻時，由于內部導體材質不同，其直流電阻也有著一定差異，銅制與鋁制電纜是目前比較常見的導體材質，該測定條件下，二者直流電阻分別為1.15Ω/m（銅制）﹑1.91Ω/m（鋁制）。

3.2 脈沖檢測法

脈沖檢測法也是高壓電力電纜故障檢測常用的技術之一，在具體運用中，主要分為兩種，分別是低壓脈沖檢測法和二次脈沖檢測法。其中低壓脈沖檢測法主要適用于開路故障以及低阻故障的檢測。在具體運用中，檢測人員可以針對存在故障問題的高壓電力電纜，在其本身增設一個低壓脈沖信號，然后移動該信號。如果在移動的過程中信號遇到高壓電力電纜實際的故障點，電氣參數會出現較大的變化，從而導致脈沖信號出現反射或折射的現象。而檢修人員根據專業儀器記錄的脈沖發射與接收之間的時間差，同時結合檢測的參數，就可以準確計算出故障發生具體位置。而二次脈沖檢測法則適用于高壓電力電纜的閃絡性故障以及部分高阻故障檢測。該檢測技術的核心是高壓發生器沖擊閃絡技術，能夠在故障點起弧及滅弧的一瞬間觸發原有的低壓脈沖，從而幫助檢測人員進行故障位置的準確判斷。

3.3 型式試驗

開展型式試驗目的是掌握電纜設計質量，確認電纜設計指標是否符合高壓輸電標準，以此來保證高壓電力電纜良好工作性能。由于該試驗方法將對電纜造成一定破壞，要求相關人員必須嚴格按照規范要求進行操作，確保一次性完成檢測試驗，避免對高壓電力電纜造成二次破壞。型式試驗方法類型主要包括以下幾項[4]：①局部放電試驗。與上述交流電壓試驗方法與試驗要求相一致，選擇短電纜進行試驗；②彎曲放電試驗。對短電纜先進行彎曲處理，再進行相應試驗，電纜線芯數直接決定其彎曲程度；③加熱放電試驗。一般情況下，在輸電過程中，高壓電力電纜將會產生一定熱量，若超過自身耐熱值將會影響其絕緣性能。因此，需要通過利用加熱放電試驗掌握高壓電力電纜的局部放電量是否與規定要求相一致。各項型式試驗方法的檢驗要求及標準同上。

3.4 直閃法

這種方法一般應用于檢測因擊穿而引發的電纜故障。需要注意，多種因素都可能導致電纜被擊穿。比如電纜本身存在質量問題﹑安裝過程存在瑕疵等導致電纜未能處于最佳工況等。一旦出現擊穿，可以理解為電纜出現了短路故障時，故障范圍內電纜電路中的電阻值必然的大幅度增加。不僅如此，如果自然出現閃絡現象，故障電纜在極短時間內會迅速釋放較大的電流脈沖波。在這種脈沖波的作用下，電纜與故障點之間會出現一種反射效應。針對這種情況，要求檢測人員首先圍繞電纜預設端口進行全面測試，獲得精準的電磁波信息。在此基礎上，檢測人員還需對波形圖中的“時間”參數進行對照分析，對比不同時間段波形的變化情況，最終實現對故障具體位置的確定。總體而言，直閃法是一種檢測效率和檢測精準程度均較高的檢測方法，可在電纜故障檢測工作中廣泛應用。而為了進一步提高電纜故障檢測準確性，檢測人員可采用多種方法進行檢測，對多種檢測結果進行綜合考量，盡量避免出現疏漏。

3.5 電壓法

脈沖電壓法主要應用于閃絡式故障和高阻故障，一般包括直閃法和沖閃法兩類。其技術原理是首先給線路接通，運用的高電壓和低直流電壓變化之后，再檢測到所產生的高電流脈動通過故障點和輸出點之間的位置，從而完成對故障點的測距。直閃法一般檢測的是閃絡式高阻故障；沖閃法一般檢測的是泄漏性問題和閃絡的高阻問題。脈沖電壓法的優點是：只要有處在高壓狀態下的放電過程中，就能夠利用這個技術對故障點加以探測，既沒有擊穿性問題，也不影響電纜的原始數據。弱點是：可靠性很弱，易竄入高壓現象，對檢測數據的精度也很低。

4 電力電纜故障維護措施

4.1 嚴控施工管理

施工管理包括電纜通道的規劃設計﹑電纜及其附件的質量﹑安裝工藝和驗收等。在規劃設計環節應主動與政府部門溝通，力求規劃路線與城鎮發展相結合，電纜截面積應滿足后期負荷增長需求。安裝前應對所有電力電纜設備進行抽檢，確保設備無質量問題。電纜埋設方式﹑深度﹑彎曲半徑等應符合技術規范，對受力部位做穿管保護并加以固定，敷設后電纜外觀應無損傷，進出電纜管道口封堵良好。在中間接頭制作時，確保施工人員持證上崗，中間接頭制作完成后須在電纜溝或電纜井內制作接頭固定架，防止中間接頭被拖曳和浸水。運行單位還應做好電纜施工中間驗收及竣工驗收工作，確保線路工程零缺陷移交運行。

4.2 完善施工質量管理

建筑施工質量是電力工程項目中非常關鍵的部分，只有在建筑施工的進程中不斷完善建筑產品質量問題，才可以使得電氣工程項目更加的品質保證，所以，完善建筑施工品質管理體系也是十分有必要的。所以對電氣工程項目的人員而言，就必須要嚴格遵照施工流程進行電纜的實施和制造。在某種情形下看，由于電纜的連接在電氣工程項目中扮演著非常關鍵的作用，所以工程人員必須要保證電纜及其連接的密封性，同時還要嚴格遵照國家有關的施工規范進行建造。所以為避免電纜及其連接處發生潮濕的狀況，在進行建筑施工的進程中必須要嚴禁將光纜和導線胡亂的浸入在水中，最大程度防止電纜絕緣系統發生損壞。

4.3 電纜保護

在電纜牽引前，就必須進行適當的機械防護，以降低電纜所承載的機械扭力，并利用電纜自身形狀具體地敷設路線，以避免對電纜內部產生的機械破壞。同時加強護線保電力度，進一步強化了對電力設施防護的宣傳力度，并廣泛開展了針對性強的吊機碰線﹑燃放煙花等專項宣傳活動，完善電纜通道的警告標識，有效降低了自然外力破壞事件的發生率。

5 結束語

高壓電力電纜是應用于輸電工程中的關鍵電能傳輸載體，由于受到外界各方面因素干擾，致使高壓電力電纜故障高頻率發生，極大威脅了電網系統安全運行。因此，需要選擇合適的試驗方法與檢測技術對高壓電力電纜故障及實際工作性能進行測定，便于及時發現潛在問題，消除風險隱患，從而為電網系統高效率運行以及安全傳輸電能提供基礎保障。