10kV电力电缆常见故障诊断

洪亚等

摘要：随着社会发展与城市建设，城市配网线路越来越复杂、密集，高压架空线路已无法满足线路走向、高度上的要求。因此，电力电缆逐渐担负起输送电力的工作，取代高压架空线路，迅速融入城市中。

关键词：电力电缆；故障诊断；故障寻测

中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）24-0126-03

目前聊城市城区10kV配电线路常用的电缆为交联聚乙烯（XLPE）电缆。它是由线芯、绝缘层、屏蔽层、铠装层、内护套、外护套、包带组成。随着聊城经济的快速发展，投运的电力电缆线路逐年增多，随之而来的电缆故障也在增加，威胁配电网的安全稳定运行。对电力电缆故障原因进行分析，并采取相应的预控措施已成为一个极需解决的重要课题。

一、电力电缆常见故障

在查找电缆故障时，首先要进行电缆故障性质的诊断，确定故障的类型及故障电阻阻值，以便与测试人员选择适当的故障测距与定点方法。

电缆故障种类很多，为便于电缆的故障寻测，可以分为以下五种类型：

（1）接地故障：电缆一芯主绝缘对地击穿故障。

（2）短路故障：电缆两芯或三芯短路。

（3）断线故障：电缆一芯或数芯被故障电流烧断或受机械外力拉断，造成导体完全断开。

（4）闪络性故障：这类故障一般发生于电缆耐压试验击穿中，并多出现在电缆中间接头或终端头内。试验时绝缘被击穿，形成间隙性放电通道。当试验电压达到某一定值时，发生击穿放点；而当击穿后放电电压降至某一值时，绝缘又恢复而不发生击穿，这种故障称为开放性闪络故障。有时在特殊条件下，绝缘击穿后又恢复正常，即使提高试验电压也不再击穿，这种故障称为封闭性闪络故障。以上两种现象均属于闪络性故障。

（5）混合性故障：同时具有上述接地、短路、断线中两种以上性质的故障称为混合性故障。

二、故障原因分析

1.过热过负荷和接头发热导致绝缘损坏

长期满负荷或经常超负荷运行的电缆会出现绝缘老化和明显的铅包鼓胀、裂纹与漏油等缺陷，以致发展为鼓胀。但由于接头的导体连接工艺或材料不合格造成连接点接触不良，散热条件差，即使输送容量未达到额定数值，仍会发热以致发生故障。

2.密封不良导致电缆附件绝缘损坏

电缆终端头和接头盒密封性能差，引起受潮，因为户外终端常年经受大气、温度和干、湿等气候条件的影响，对密封性非常敏感。一旦水分进入电缆头，逐渐使绝缘受潮，导致绝缘击穿，甚至爆炸。

3.腐蚀引起受潮导致电缆绝缘损坏

被腐蚀的电缆铅包通常会有淡黄色或粉红色粒状腐蚀物，有腐蚀物的地方就是铅包穿孔和受潮的通道。在腐蚀孔处，水分侵入铅包内使电缆受潮，绝缘油分解、结晶，使绝缘性能下降。在电压、温度和电场作用下，形成相间或对地击穿现象。

4.机械损伤电缆绝缘

造成电缆的机械损伤主要有以下几种原因：

（1）安装时损伤：在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲，超出其弯曲半径而造成电缆蠕动损伤电缆。

（2）直接受外力损坏：在安装后电缆路径上或电缆附近进行城建施工，使电缆受到直接的外力损伤。

（3）行驶车辆的震动或冲击性负荷会造成地下电缆的铅（铝）包裂损。

（4）因自然现象造成的损伤：如中间接头或终端头内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套，因电缆自然行程使装在管口或支架上的电缆外皮擦伤、土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体。

5.绝缘老化

常见的老化机理如下：

（1）局部放電。在电压的作用下，绝缘结构内部的边缘发生非贯穿性放电现象。局部放电能够存在于电树枝、孔隙、裂纹、杂质界面上。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，当局部放电超过一定程度时应将设备退出运行，进行检修或更换。

（2）电树老化。电树枝是一种出现在电缆中的电裂纹现象，它是在聚合物的局部区域内，由于杂质、气泡等缺陷造成局部电场集中所导致的局部击穿，并形成树枝状放电破坏通道。

（3）化学树老化。化工厂的电缆，特别是敷设在含有硫化物、碱、有机酸等废液及地下水中的电缆，或者直埋在含有硫化物环境中的电缆，当硫化物通过电缆的护套与绝缘层侵入，与导体发生化学反应生成结晶物质析出，形成化学树枝化，甚至破坏绝缘造成事故。

（4）热老化。热老化是负荷电流变化及短路电流引起的热伸缩、材料氧化、热分解等化学变化以及硬度变化、龟裂等物理变化引起的老化和绝缘材料性能降低。

6.过电压导致绝缘击穿

过电压分外部过电压和内部过电压两大类。外部过电压，又称雷电过电压、大气过电压。由大气中的雷云对地面放电而引起，会破坏电缆绝缘，引起短路接地故障。内部过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压。这类故障由于缆芯之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏而形成短路、接地、闪络击穿等现象。

三、电缆故障诊断

电缆发生故障后，除电缆终端头爆炸、外力破坏等故障可以直接观察到故障点外，一般无法通过巡视发现，必须使用电缆故障测试设备进行测量，从而确定电缆故障的位置，由于电缆故障类型很多，巡测方法也随故障性质的不同而异。因此在故障寻测工作开始前，须准确确定电缆故障性质。

按照故障性质，可将运行中的电缆故障分为接地故障、短路故障、断线故障、闪络故障及混合型故障。

运行中的电缆故障性质比较复杂，除发生接地或短路故障外，还有断线故障。因此在寻测前，还应进行电缆导体连续性的检查，以确定是否发生断线。确定电缆故障的性质，一般用摇表和万用表进行测量并做好记录。

（1）首先在任意一端用搖表测量A-地、B-地、C-地的绝缘电阻值，测量时另外两相不接地，以判断是否为接地故障。

（2）测量各相间A-B、B-C、C-A的绝缘电阻，判断有无相见短路故障。

（3）如果用摇表测得电阻为零时，则应用万用表测出各相对地的绝缘电阻和各相间的绝缘电阻值，以区分低阻、高阻故障。

（4）如用摇表测得电阻很高，无法确定故障相时应对电缆进行耐压试验，判断电缆是否存在故障。

（5）因电缆故障有发生断线的可能，所以还应进行导体连续性是否完好的检查。其检查方法是在一端将A、B、C三相短接（不接地），在另一端用万用表的低阻档测量各相间电阻值是否为零，检查是否完全通路。

2.电缆故障精确定点

目前常用的方法有冲击放电声测法（声测法）、声磁信号同步接收定点法、跨步电压法及主要用于低阻故障定点的音频感应法。我单位常用方法为声测法，本文仅对此进行介绍。

声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能。当电压到达某一值，球间隙击穿，高压试验设备和电容器上的能量经球间隙向电缆故障点放电，产生机械振动声波，配合拾音器（或“听棒”）沿初测确定的范围加以辨认。

声测试验的接线图，按故障类型不同有所差别，如图6所示。

五、结论

10kV电缆是电力电缆中较为常见的电缆类型，目前由于城市建设需求，10kV配电网络电缆化程度不断提升，保障其稳定运行是直接关系客户用电需求的重要工作内容。对此，应对10kV电缆中容易出现的故障类型及原因有充分的了解，并制定好有序的故障处理步骤，以便在故障发生后及时、准确地找到故障位置，并开展电力抢修工作，从而保障电力系统的安全运行。

参考文献：

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（责任编辑：王祝萍）