高壓電纜故障的處理辦法

　　1前言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)我國城市電網(wǎng)的不斷改造，交聯(lián)聚乙烯電力電纜作為主流產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于輸電線(xiàn)路和配電網(wǎng)中。北京地區截止到2004年6月，投運的220 kV電壓等級交聯(lián)聚乙烯電力電纜有83 km，110 kV電壓等級的有300多km。全國據不完全統計，已投入運行的110 kV及以上的高壓電纜線(xiàn)路已經(jīng)超過(guò)1 000 km，最高電壓等級已達500 kV。

　　資料表明：在對全國主要城市126家電力電纜運行維護單位10 kV以上的電力電纜（總長(cháng)度91 000 km）在1997至2001年期間運行狀態(tài)進(jìn)行調查統計和故障原因分析發(fā)現，10～220 kV電力電纜的平均運行故障率由1997年的11.3次/（百公里?年）逐年下降到2001年的5.2次/（百公里?年），但相對經(jīng)濟發(fā)達國家仍高出約10倍。

　　2高壓電纜故障分析

　　高壓電纜系統故障分類(lèi)的方法很多，按照故障產(chǎn)生的原因大致分為制造原因、施工質(zhì)量原因、設計單位設計原因、外力破壞四大類(lèi)。

　　1.1制造原因

　　制造原因根據發(fā)生部位不同，又分為電纜本體原因、電纜接頭原因和電纜接地系統原因三類(lèi)。

　　1.1.1電纜本體制造原因

　　因為現在高壓電纜制造在原材料及機器設備方面已經(jīng)成熟，而且電纜在出廠(chǎng)前要進(jìn)行交流耐壓試驗，試驗標準160 kV，半小時(shí)通過(guò)為合格（IEC60840標準要求），所以一般電纜本體出現問(wèn)題的概率比較小。經(jīng)筆者的考察了解，有了好的設備并不等于就會(huì )有好產(chǎn)品，保證產(chǎn)品質(zhì)量不僅要有好的設備（國內現在有好幾個(gè)電纜廠(chǎng)家的設備都具有國際先進(jìn)水平），更需要有好的技術(shù)人員、操作人員和嚴格的檢驗控制。一般在電纜生產(chǎn)過(guò)程中容易出現的問(wèn)題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內有雜質(zhì)、內外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護套密封不良等，情況比較嚴重的可能在竣工試驗中或投運后不久即出現故障，大部分在電纜系統中以缺陷形式存在，對電纜長(cháng)期安全運行造成嚴重隱患。

　　事故案例：電纜本體擊穿事故。110 kV電纜竣工后通過(guò)了5 min，1.7U0變頻交流耐壓試驗（當時(shí)的竣工驗收試驗標準，后來(lái)標準改為60 min，1.7U0），但投運12 h之后就發(fā)生了電纜本體擊穿事故，擊穿情況見(jiàn)圖1，經(jīng)分析排除了敷設過(guò)程破壞和外力破壞的可能性，確認為電纜本體缺陷導致?lián)舸瑧岩蔀殡娎|內外屏蔽有突起或雜質(zhì)，在工廠(chǎng)和現場(chǎng)試驗時(shí)電纜絕緣已經(jīng)部分受損所致。

　　電纜本體擊穿情況

　　北京地區在執行電纜接頭前電纜質(zhì)量檢查中曾經(jīng)發(fā)現過(guò)電纜阻水層受潮、絕緣屏蔽表面有銅屑、鋁護套變形、絕緣偏心、絕緣內有雜質(zhì)、絕緣屏蔽劃傷等問(wèn)題，多次出現過(guò)因產(chǎn)品質(zhì)量原因而退貨的情況。

　　1.1.2電纜接頭制造原因

　　高壓電纜接頭以前用繞包型、模鑄型、模塑型等類(lèi)型，需要現場(chǎng)制作的工作量大，并且因為現場(chǎng)條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會(huì )有氣隙和雜質(zhì)，所以容易發(fā)生問(wèn)題。現在國內普遍采用的型式是組裝型和預制型。組裝型接頭的絕緣部分分為環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒和預制的應力錐兩部分。為了保證應力錐與環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒和應力錐與電纜絕緣結合界面有足夠的壓力，以提高結合面允許的最高場(chǎng)強，設計了一組用于壓緊應力錐的彈簧壓緊裝置。預制型接頭由富有彈性的硅橡膠或三元乙丙橡膠制成。接頭集改善電場(chǎng)分布的應力錐、導體屏蔽、絕緣屏蔽和接頭的主絕緣于一體，全部在工廠(chǎng)預制成型，由過(guò)盈配合來(lái)保證結合面的壓力；又由于硅橡膠和三元乙丙橡膠的膨脹系數接近且具有彈性，在運行中當負荷變化、溫度變化引起熱脹冷縮時(shí)，能自動(dòng)平衡，不會(huì )產(chǎn)生相對位移。

　　電纜接頭又分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，不管什么接頭形式，電纜接頭故障一般都出現在電纜絕緣屏蔽斷口處，因為這里是電應力集中的部位，因制造原因導致電纜接頭故障的原因有應力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問(wèn)題、密封圈漏油等。

　　事故案例1：110 kV電力電纜預制式中間接頭發(fā)生擊穿事故。電纜運行一年，被擊穿部位是硅橡膠應力錐，見(jiàn)圖2。解剖發(fā)現應力錐本體開(kāi)裂，接頭發(fā)生滑閃放電導致?lián)舸娎|表面爬電痕跡見(jiàn)圖3。這批中間接頭在制作過(guò)程中預擴充時(shí)曾發(fā)生過(guò)多次應力錐破裂問(wèn)題，廠(chǎng)家確認是部分產(chǎn)品在工廠(chǎng)內硫化過(guò)程中出現氯原子混入導致硅橡膠彈性下降所致，通過(guò)預擴充沒(méi)有破裂的應力錐可以保證安全運行。該項目在2001年進(jìn)行交流耐壓試驗時(shí)又有2只接頭在試驗過(guò)程中擊穿，擊穿原因也是應力錐本體開(kāi)裂，接頭發(fā)生滑閃放電導致更進(jìn)一步擊穿，證明該公司這批產(chǎn)品質(zhì)量不穩定。

　　事故案例2：GIS終端接頭擊穿事故。電纜運行時(shí)間接近2年，直接的擊穿點(diǎn)在電纜終端內應力錐中間、半導電應力管上方37 mm處，電纜線(xiàn)芯與應力錐間放電，應力錐和電纜上各燒出一個(gè)18 mm×20 mm的孔洞，環(huán)氧套管被炸成4大塊及一些碎片。事故原因是因為終端接頭出線(xiàn)桿工藝要求包繞PVC帶和VDG絕緣帶，PVC帶包VDG絕緣帶外側，然后泡在聚異丁烯絕緣油內，PVC帶長(cháng)時(shí)間浸泡后松開(kāi)脫落，垂入金屬應力錐內，導致電場(chǎng)畸變，產(chǎn)生局放，最終導致接頭擊穿，見(jiàn)圖4。福建廈門(mén)電業(yè)局利用紅外測溫監測電纜終端瓷套時(shí)也發(fā)現了因PVC帶脫落導致接頭內電場(chǎng)畸變發(fā)生局部放電的情況。

　　GIS終端頭擊穿情況

　　事故案例3：220 kV GIS接頭擊穿事故。電纜運行時(shí)間7年多，擊穿部位為應力錐上部離開(kāi)絕緣屏蔽末端大約20 cm處。因為應力錐在爆炸時(shí)已經(jīng)炸成碎片，故障分析比較困難，但終端內填充的硅油已經(jīng)嚴重劣化，從清亮狀態(tài)變成黃色的塊狀油脂可以看出終端內發(fā)生長(cháng)期的局部放電。產(chǎn)生局部放電的原因很多，具體原因不明，很有可能是絕緣油本身有問(wèn)題。

　　1.1.3電纜接地系統原因

　　電纜接地系統包括電纜接地箱、電纜接地保護箱（帶護層保護器）、電纜交叉互聯(lián)箱、護層保護器等部分。一般容易發(fā)生的問(wèn)題主要是因為箱體密封不好進(jìn)水導致多點(diǎn)接地，引起金屬護層感應電流過(guò)大。另外護層保護器參數選取不合理或質(zhì)量不好，氧化鋅晶體不穩定也容易引發(fā)護層保護器損壞。

　　1.2施工質(zhì)量原因

　　因為施工質(zhì)量導致高壓電纜系統故障的事例很多，主要原因有：①施工現場(chǎng)條件比較差，電纜和接頭在工廠(chǎng)制造時(shí)環(huán)境和工藝要求都很高，而溫度、濕度、灰塵都不好控制。②電纜接頭施工工藝要求比較高，一般要求施工人員練習3年后才能安裝110 kV及以上接頭，而有些施工隊伍施工水平不高，甚至存在盲目施工問(wèn)題。③電纜施工過(guò)程中在絕緣表面難免會(huì )留下細小的滑痕，半導電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，另外接頭施工過(guò)程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會(huì )吸入水分，這些都給長(cháng)期安全運行留下隱患。④安裝時(shí)沒(méi)有嚴格按照工藝施工或工藝規定，沒(méi)有考慮到可能出現的問(wèn)題。⑤竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場(chǎng)導致絕緣破壞。⑥因密封處理不善導致。

　　對于終端接頭密封，主要應是防止絕緣油滲漏。終端接頭漏油問(wèn)題是困擾各地電纜運行管理部門(mén)的主要問(wèn)題之一，因為一般終端接頭都不采用外置油壓補償裝置，所以終端漏油后運行部門(mén)并不知道內部油量多少，只能加強監測。終端內油量減少會(huì )導致電場(chǎng)分布的改變，造成電纜內絕緣爬距變化，最終導致接頭擊穿。目前堵漏技術(shù)很難解決絕緣油滲漏問(wèn)題，雖然現在各地開(kāi)始采用干式終端接頭，但因為大量油終端的存在，終端接頭滲漏還將是一個(gè)長(cháng)期問(wèn)題。

　　對中間接頭密封來(lái)說(shuō)，主要應提高防水性。南方水位高，不管采用排管、直埋接頭還是溝槽電纜接頭都經(jīng)常泡在水中。北方雖然水位低，但在雨季隧道、排管的接頭井內也經(jīng)常有積水。所以保證中間接頭的密封防水性至關(guān)重要。因為從嚴格意義上講，塑料無(wú)法保證水分子的侵入，所以北京地區規定中間接頭必須采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結構，在現場(chǎng)施工中保證鉛封的密實(shí)，這樣有效地保證了接頭的密封防水性能。

　　因施工質(zhì)量原因造成的嚴重缺陷一般在投運前的竣工試驗時(shí)或投運后一兩年內就會(huì )出現故障，而一些小的問(wèn)題可能就成為長(cháng)期運行的隱患。采用專(zhuān)業(yè)的施工隊伍和加強接頭安裝人員的技術(shù)水平和質(zhì)量意識是減少電纜事故的重要手段。

　　事故案例1：因安裝工藝錯誤導致220 kV電纜戶(hù)外終端發(fā)生擊穿事故。擊穿部位在絕緣屏蔽末端上部，運行時(shí)間11個(gè)月，接頭形式為組裝式。與廠(chǎng)家一起對事故終端進(jìn)行解剖分析，確認事故原因是頂應力錐的彈簧機構在安裝時(shí)被鎖死，沒(méi)有起到保證應力錐與電纜絕緣結合界面有足夠的壓力的作用，導致界面強度不夠，引發(fā)界面放電。

　　事故應力錐圖

　　事故案例2：因安裝原因導致110 kV中間接頭擊穿。接頭形式為預制式，運行時(shí)間12個(gè)月。事故原因是廠(chǎng)家制作人員在制作安裝預制接頭過(guò)程中，套錐擴充工具曾經(jīng)折損在接頭內部，對絕緣表面造成損傷，發(fā)生局部放電，最后導致接頭擊穿。接頭擊穿位置見(jiàn)。

　　接頭擊穿位置圖

　　事故案例3：因接頭尺寸錯誤原因導致終端接頭擊穿。事故直接原因是絕緣半導電屏蔽剝切尺寸與圖紙不符，圖紙要求剝切尺寸為1 521 mm，實(shí)際剝切尺寸為1 593 mm。造成應力錐半導電部分未與電纜絕緣半導電屏蔽搭接，應力錐沒(méi)有起到均勻電場(chǎng)的作用，絕緣屏蔽末端發(fā)生刷狀放電，最后導致?lián)舸＝K端接頭擊穿位置見(jiàn)。

　　終端接頭擊穿位置

　　事故案例4：10 kV電纜在投運幾個(gè)小時(shí)后發(fā)生終端接頭爆炸事故，擊穿部位為應力錐。擊穿原因是直流耐壓試驗后馬上投運，因反電場(chǎng)造成擊穿，擊穿應力錐解剖情況見(jiàn)。

　　擊穿應力錐解剖情況

　　事故案例5：因密封處理不善導致GIS終端漏油事故。事故是因為GIS電纜倉氣壓降低后報警發(fā)現的。事故原因是電纜終端出線(xiàn)桿上有一條縱向滑痕，因為GIS內氣壓比接頭內油壓高很多，所以SF6氣體順著(zhù)滑痕進(jìn)入電纜終端，終端下密封在高氣壓下失靈，絕緣油全部瀉出，GIS電纜倉氣壓降低后報警。

　　在國內好幾個(gè)地方都發(fā)現因交叉互聯(lián)系統接線(xiàn)錯誤導致的電纜護層感應電流上升的情況。因為現在變電站接地電阻一般很小，而電纜載流量越來(lái)越大，所以交叉互聯(lián)系統接線(xiàn)錯誤導致的電纜護層感應電流相當大，筆者曾經(jīng)遇到這樣的情況，金屬護套內感應電流達到300多A，導致終端尾管接地點(diǎn)發(fā)熱。

　　至于在電纜敷設過(guò)程中側壓力超過(guò)要求、電纜彎曲半徑過(guò)小、刮傷外護套等情況經(jīng)常遇到，接頭制作過(guò)程中電纜處理粗糙，電纜表面有剝削絕緣屏蔽時(shí)留下的刀痕、電纜未加熱調直、絕緣屏蔽末端有凹坑等情況也時(shí)有發(fā)生，這些對電纜系統長(cháng)期安全運行危害很大，甚至導致電纜系統在一兩年內出現故障。

　　1.3外力破壞

　　隨著(zhù)城市建設的發(fā)展，各地外力破壞事故不斷增加，一般直埋電纜因為沒(méi)有保護所以容易遭受外力破壞，電纜溝槽和隧道內的電纜相對不容易受到外力破壞。關(guān)于直埋電纜被外力破壞的事例很多，大部分情況是被挖斷，有時(shí)候也會(huì )因為地層下陷導致電纜受到過(guò)大的拉力導致?lián)舸┦鹿省τ谥甭耠娎|被挖斷的情況這里不在贅述，下面介紹3起分別因地層下陷和在電纜隧道和電纜磚槽內被外力破壞的情況，希望引起電纜管理部門(mén)和土建施工單位的注意。

　　事故案例1：廣州電纜管理所曾經(jīng)發(fā)生一起由于施工鉆樁引起路面嚴重下陷導致鄰近接頭擊穿的事故，下陷路段恰好在線(xiàn)路走廊內，而且距離故障點(diǎn)只有50 m。經(jīng)挖開(kāi)檢查，發(fā)現在13 m長(cháng)的范圍內，電纜被壓成弓形，最深下彎點(diǎn)距電纜基準面深達1.3 m。事故原因是當懸空電纜受到一個(gè)巨大的向下壓力時(shí)，懸空電纜的兩端受到一個(gè)拉力，由于鋁護套受泥土壓力不能移動(dòng)，因此與鋁護套連成一體的預制絕緣體沒(méi)有發(fā)生移位，而電纜導體則由于拉力伸長(cháng)變形。接頭內導體相對于絕緣體發(fā)生了前述6 cm的位移，導致電場(chǎng)分布發(fā)生嚴重畸變，接頭被擊穿。電纜下陷點(diǎn)與接頭爆炸處的位置示意見(jiàn)。

　　電纜下陷點(diǎn)與接頭爆炸處的位置示意圖

　　事故案例2：2002年8月北京地區紫竹院2路110 kV電纜被附近施工的土建單位打錨桿時(shí)破壞，錨桿打穿隧道側壁，打壞2路電纜后又打穿另一側隧道側壁，并在回拉錨桿時(shí)將一路電纜拉至嚴重變形。這次惡性破壞對電網(wǎng)造成很大危害，幸虧及時(shí)采取措施才未造成更大損失。該事故被報道后，在社會(huì )上引起一定反響，也對土建單位的施工敲響了警鐘。

　　事故案例3：2002年10月北京黃廠(chǎng)110 kV電纜土建單位在打地錨時(shí)將在電纜磚槽內的電纜打穿，地錨在電纜保護蓋板上打了一個(gè)洞。幸好線(xiàn)路負荷不大，而且搶修及時(shí)，沒(méi)有對電網(wǎng)造成危害。

　　1.4設計單位設計原因

　　在很多地方并沒(méi)有單獨的電纜設計，而是將電纜放在變電設計中，變電設計由于專(zhuān)業(yè)限制大部分對電纜專(zhuān)業(yè)知識了解甚少，有些都不知道護層保護器、等知識的名稱(chēng)，更談不上選擇適合的參數。我國的電纜設計知識主要是在交流和實(shí)踐過(guò)程中從國際標準和國外廠(chǎng)家學(xué)習來(lái)的，一些大的設計院的專(zhuān)業(yè)電纜設計部門(mén)都在工作中不斷總結提高。我國電纜設計從整體水平而言還亟待提高。

　　事故案例1：我們在國內某地一電廠(chǎng)處理110 kV電纜本體故障時(shí)發(fā)現電纜系統在設計時(shí)竟然沒(méi)有設計接地點(diǎn)，700多m長(cháng)的110 kV電纜當作母線(xiàn)設計，在投入運行后的一個(gè)多月內，電纜金屬護套對地放電，最終導致金屬護套和電纜主絕緣燒穿，損失慘重。

　　事故案例2：因電纜受熱膨脹導致的電纜擠傷導致?lián)舸０l(fā)生事故的是110 kV電纜線(xiàn)路，運行時(shí)間4年，電纜敷設在隧道內電纜支架上，近兩年電纜一般在負荷高峰期達到額定負荷的80%左右。交聯(lián)電纜負荷高時(shí)，線(xiàn)芯溫度升高，電纜受熱膨脹，在隧道內轉彎處電纜頂在支架立面上，長(cháng)期大負荷運行電纜蠕動(dòng)力量很大，導致支架立面壓破電纜外護套、金屬護套，擠入電纜絕緣層導致電纜擊穿。

　　擊穿部位特寫(xiě)

　　2預防措施

　　高壓電纜的有些事故是因為電場(chǎng)內存在尖端、毛刺、雜質(zhì)或水分，事故發(fā)生后這些產(chǎn)生事故的原因都遭到破壞，造成不少事故無(wú)法定論。我們只能從一些表面現象去分析造成事故的可能原因。通過(guò)分析事故可以提高制造廠(chǎng)家的制造水平、施工單位的施工水平、設計部門(mén)的設計水平以及運行管理部門(mén)的運行管理水平。因為高壓交聯(lián)電纜在國內起步比較晚，最早投運時(shí)間是1988年，運行時(shí)間才16年，絕大部分都是在1996年以后投運的，運行時(shí)間不到8年。按照交聯(lián)電纜運行壽命30年考慮并結合國外的一些運行經(jīng)驗，我國的高壓交聯(lián)電纜還沒(méi)有進(jìn)入事故高發(fā)期，現在發(fā)生的事故很少是因為長(cháng)期運行老化導致的，在制造和安裝過(guò)程中的一些小缺陷還大量留存在電纜系統中。為保障電網(wǎng)安全，保證電纜系統安全運行，筆者認為應采取以下預防措施：

　　(1)加強電纜質(zhì)量檢驗工作。上海地區為提高電纜制造質(zhì)量，采取派人在廠(chǎng)家監造的措施，在監造過(guò)程中發(fā)現了不少問(wèn)題，收到良好效果。北京地區一直執行現場(chǎng)接頭前電纜質(zhì)量檢驗，發(fā)現了不少問(wèn)題，但這一措施也有局限性，就是現場(chǎng)只能進(jìn)行外觀(guān)檢驗，無(wú)法了解絕緣內部情況。為此，北京現在采用定期對電纜進(jìn)行抽樣，送武高所或上海電纜所進(jìn)行檢驗的方式，以確保電纜質(zhì)量。同時(shí)電纜生產(chǎn)廠(chǎng)家也應加強質(zhì)量管理，提高質(zhì)量意識，嚴格出廠(chǎng)前的試驗和檢驗工作，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)。

　　(2)提高電纜安裝質(zhì)量。提高電纜安裝質(zhì)量首先要高度重視這一問(wèn)題，采用專(zhuān)業(yè)的施工隊伍和加強接頭安裝人員的技術(shù)水平和質(zhì)量意識，嚴格按照安裝工藝施工是減少電纜事故的重要途徑。在電纜敷設時(shí)采用牽引方式應防止轉彎處的側壓力過(guò)高，接頭安裝時(shí)應注意采用好的工藝措施保證安裝水平，在施工中總結提高。

　　(3)采用新的試驗手段。在對交聯(lián)電纜做竣工試驗時(shí)避免采用直流耐壓，可以采用串聯(lián)諧振或VLF的方法，如果沒(méi)有相應設備也可以采用24 h空載運行的方式。

　　(4)提高設計圖紙深度。設計是施工的指導，設計水平的提高是電纜工程水平提高的關(guān)鍵，各地設計單位要加強交流和學(xué)習，充分考慮在長(cháng)期安全運行中電纜系統可能遇到的情況，為保證電纜系統長(cháng)期安全運行努力。

　　(5)加大運行監測力度。很多人認為電纜系統可以免維護，這種觀(guān)點(diǎn)是錯誤的。以前因為沒(méi)有好的監測手段，電纜運行部門(mén)只能加強巡視，現在紅外線(xiàn)測溫在一些地方開(kāi)始使用，一些地方還在接頭部位安裝了溫度監測系統，局部放電技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。各地運行部門(mén)應根據實(shí)際情況開(kāi)發(fā)或采用相應的檢測手段，做到提前預防。

文章標簽：高壓電纜