高压电缆故障探讨

摘要：随着我国工业化进程的不断加快，电力电缆得到了广泛应用，导致电力电缆故障频发。本文通过阐述电缆发生故障的原因、种类和故障测寻步骤，为确保电力电缆正常运行提供参考依据。

关键词：电缆故障 故障测寻 高压电缆

随着我国工业化进程的不断加快，电力电缆得到广泛的应用，电缆数量成倍增长。在这样规模庞大的电缆网络中，受各种因素的影响，导致电缆故障频发。因此，熟悉电缆故障发生的原因，了解电缆故障发生的种类，在一定程度上，确保电缆正常运行具有重要意义。

1 电缆发生故障的原因

电力电缆在生产、敷设、三头工艺、附件材料、运行等环节，如果工作不到位都可能导致电缆产生故障。产生电缆故障的原因主要有：

1.1 机械伤害

因机械伤害引发的电缆故障，其形式主要表现为停电事故。通常情况下，电缆受到的机械损伤主要有：

①外力损坏。在进行地下管线施工、打桩、起重、转运等意外损伤电缆。

②施工损伤。在牵引过程中因牵引力过大而拉伤电缆。绝缘层或屏蔽层因电缆弯曲过度遭到损伤。绝缘层和保护层因野蛮施工受到损伤等。

③自然损伤。穿越公路或铁路以及靠近公路或铁路并与之平行敷设的电缆，因行驶车辆的振动或冲击性负荷，导致电缆外护套出现疲劳裂损。

1.2 绝缘受潮

通过绝缘电阻和直流耐压试验发生绝缘受潮故障，一般表现为绝缘电阻降低，泄漏电流增大。造成绝缘受潮的原因有：

①电缆中间头或终端头密封不到位或者密封失效。

②电缆制造存在缺陷，电缆外护层有孔或裂纹。

③电缆护套被异物刺穿或被腐蚀出现穿孔。

1.3 绝缘老化

电缆运行过程中，出现不当在较短时间内发生绝缘强度降低，形成这种现象的原因有：

①电缆选型不合理，导致电缆在过电压下长期工作。

②电缆距离热源较近，使电缆局部长期受热出现老化。

③化学药品对电缆绝缘层起不良化学反应导致其发生老化。

1.4 过电压

因雷击或其他冲击过电压导致电力电缆发生故障。经过现场研究分析，电缆被击穿点存在严重的缺陷，这种出现故障的电缆自身的缺陷主要有：

①绝缘层出现气泡、杂质，以及绝缘油干枯。

②电缆内屏蔽层出现节疤或者存在遗漏。

③电缆绝缘严重老化。

1.5 过热

造成电缆过热的原因主要有：

①电缆在过负荷下长期工作。

②电缆因火灾引发过热，甚至被烧伤。

③长期接受其他热源的热辐射。

在电缆过热故障中过负荷是直接诱因。电缆长期工作在过负荷的环境中，没有考虑电缆温升和整个线路情况，致使电缆发生过热现象。例如电缆密集、电缆沟及隧道通风不良的地方，或者电缆穿在干燥的管中等，上述原因在一定程度上都会加速损坏电缆的绝缘层。经过长期过热后，橡塑绝缘电缆的绝缘材料出现变硬、变色、失去弹性、出现裂纹等现象。对于油纸电缆表现为绝缘干枯、绝缘焦化，甚至出现一碰就碎的现象。另外，过负荷在一定程度上也会造成铅包疲劳而受到损伤。对于大截面、长电缆来说，如果装有灌注式电缆头，在线胀系数方面，由于灌注材料与电缆本体材料之间存在较大的差异，容易发生胀裂壳体的现象。

1.6 电缆的质量缺陷

在电缆线路中，电缆及电缆附件两种材料质量的优劣，在一定程度上对电缆线路的安全运行产生直接的影响。在施工单位由于缺乏必要的专业知识，导致制作的电缆三头存在较大的质量问题。电缆的质量缺陷归结为：

①电缆本体存在质量缺陷。油纸电缆铅护套存在杂质沙粒，以及电缆受到机械损伤以及压铅出现接缝等。在橡塑绝缘电缆主绝缘层的偏芯内出现气泡、雜质等，节疤、遗漏在内半导电层出现，没有进行封端面处理使得电缆在储运中导致线芯大量进水。上述缺陷通常情况下难以发现，其绝缘电阻低、泄漏电流大，甚至耐压击穿等，往往只在检修或试验中发现。

②电缆附件存在质量缺陷。传统三头存在的质量缺陷是铸铁件有砂眼，而瓷件的强度不够强，并且组装加工部分粗糙，以及防水胶圈规格不符合要求或出现老化等。热缩和冷缩电缆三头存在的质量缺陷是绝缘管中有气泡、杂质、厚度不均匀，密封涂胶处出现遗漏等。

③电缆头制作存在质量缺陷。传统三头制作存在的质量缺陷：绝缘层绕包不紧，存在空隙、密封不到位、绝缘胶配比不对等。热缩三头制作存在的质量缺陷：处理半导电层不净、安装应力管的位置不当、热缩管的收缩不匀、安装地线不牢等。预制电缆三头安装存在的质量缺陷：剥切不精确、套装绝缘件时剩余应力过大等。

④电缆接地系统缺陷。电缆接地系统包括电缆接地箱、电缆接地保护箱（带护层保护器）、电缆交叉互联箱、护层保护器等部分。一般容易发生的问题主要是因为箱体密封不好进水导致多点接地，引起金属护层感应电流过大。另外护层保护器参数选取不合理或质量不好氧化锌晶体不稳定也容易引发护层保护器损坏。

另外，拆卸旧电缆及附件应用到电缆线路中，在一定程度上虽然有利于重新利用材料、节省资金，但影响设备完好率，该方法慎重对待。

1.7 设计不良

随着科技的不断发展，电力电缆逐渐完备，结构与形式已趋于稳定，但是电缆中间头和终端头的各种附件处于不断地改进过程，由于新型电缆附件缺少足够的运行数据在新设备、新材料、新工艺上选用时要慎重。为了避免造成大面积质量事故，最好根据运行经验的成熟度，采取逐步推广的方式使用。电力电缆在设计方面存在的弊病：

①防水效果不好。

②材料选用不合理。

③工艺流程不成熟不合理。

④缺乏足够的机械强度。

2 电力电缆故障的种类

根据故障的性质电缆线路故障可分为：

①低阻故障，也就是低电阻接地或短路时发生的故障。所谓低阻故障是指导体的连续性良好，但是电缆的一芯或数芯对地的绝缘电阻或者芯与芯之间的绝缘电阻小于100kΩ，被称为低阻故障，通常情况下低阻故障分为单相接地、两相短路或接地等。

②高阻故障，也就是高电阻接地或短路时发生的故障。所谓高阻故障是指导体连续性良好，但是电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者芯与芯之间的绝缘电阻高于100kΩ，但是远远低于正常值被称为高阻故障。通常情况下高阻故障分为单相接地、两相短路或接地等。

③断线故障。电缆中有一芯或数芯导体不连续，但是其余各芯绝缘均良好，称为断线故障。

④断线并接地或短路故障。电缆有一芯或者数芯导体不连续，经过电阻接地或短路，被称为断线并接地或短路故障。

⑤泄漏性故障，是高阻故障极端形式，是指进行电缆绝缘预防性耐压试验时，随着试验电压的升高其泄漏电流逐渐增大，直至超过泄漏电流的允许值。

⑥闪络性故障，是高阻故障的另一種极端形式。所谓闪络性故障是指进行电缆绝缘预防性耐压试验时，泄漏电流小而平稳，当试验电压升高到尚未或者已经达到额定试验电压时，泄漏电流骤然增大并迅速产生闪络击穿。短期内存在闪络性故障的电缆，在较低的电压下，可能会完全停止闪络击穿的现象并显现良好的电气性能。

3 电缆故障的测寻步骤

①确定故障性质。

②故障点的烧穿。即通过烧穿将高阻故障或闪络性故障变为低阻故障，以便进行粗测。

③粗测，就是测出故障点到电缆任意一端的距离。粗测的方法有多种，一般可归纳为两大类，一类是电桥法，另一类是脉冲发射法。

④敷设测寻故障电缆的路径。其方法就是将音频信号电流通入电缆中，通过接收机，利用接收线圈对此音频信号进行接收。

⑤精测故障点（定点检测），通过采用声测、感应、测接地电位等方法，对故障点的精确位置进行确定。

上述步骤只是一般性的测寻步骤，进行实际测寻时，要区别对待，例如，电缆敷设路径的图纸很准确时可以忽略测敷设路径；对于高阻故障，利用闪络法直接进行粗测等等。

4 电缆头制作质量缺陷引起的故障举例

某110kV变电站360出线电缆为交联单芯绝缘电缆，长度为230m，投运时间为2009年10月13日，2009年12月17日，发生A相电缆放电击穿现象，且在B、C相电缆头接地辫绝缘包封处变黑，查阅交接试验报告未见异常，经多方查阅有关资料认定，电缆头上接地辫绝缘包封处变黑系电晕放电时吸附灰尘所致。经分析造成这种现象可能是在电缆头制作过程中，应力管安装位置不当、热缩管收缩不均匀、地线安装不牢造成电场分布不均匀，引起放电。鉴于以上情况，对B、C相电缆头进行解体，发现两相电缆应力管安装位置不当，与绝缘屏蔽层没搭接，有一定的距离。这是一起典型的电缆头制作不良引起的故障。在重新更换制作电缆头，并将应力管与绝缘屏蔽层接触良好后，至今运行正常。

参考文献：

[1]王润卿，吕庆荣.电力电缆的安装、运行与故障测寻[M].化学工业出版社出版，1994.

[2]张栋国.电缆故障分析与测试[M].中国电力出版社，2005.

[3]王晋丽.电缆故障的判断和测试方法[J].中小企业管理与科技（上半月），2008（02）.

作者简介：王少峰（1973-），男，山西天镇人，2002年毕业于太原电力高等专科学校电力系统及其自动化专业，工程师，高级技师。