10 kV交联聚乙烯电力电缆常见故障分析处理及防范措施

李 灏

（国网四川省电力公司自贡供电公司，四川 自贡 643000）

0 引 言

近年来，随着城市化建设的快速推进，为适应城市用电需要，保障供电可靠性，10 kV交联聚乙烯电力电缆线路在城市建设中得到了广泛应用。但是，电缆线路绝大部分敷设在地下，相比架空线路具有更大的检查和维修难度，因此对电力电缆的可靠性和稳定性提出了更高的要求。本文以自贡市城区10 kV配网交联聚乙烯电力电缆线路运行资料为依据，对电缆故障发生的原因进行了分析，并提出了相应的防范措施。

1 配电电缆故障情况和原因分析

1.1 10 kV配网电缆的常见电缆故障

10 kV配网电缆的常见电缆故障有以下几类[1]。

（1）接地故障：变电站保护接地装置发出接地信号。它可分为瞬时性接地故障和永久性接地故障两种。危害：单相接地，造成另外两相电压升高、破坏绝缘。

（2）闪络性故障：当电压达到某一定值时会发生击穿；反之，当电压降到某一值时，绝缘恢复。危害：使电网运行不稳定。

（3）短路故障：永久金属性短路，绝缘无法恢复。危害：造成线路全停。

（4）断线故障：电缆线芯绝缘可能良好，但金属导体不连续。

（5）混合型故障：有两种及以上的故障。

1.2 电缆故障原因

根据自贡市10 kV配网电缆线路近年来故障的统计分析结果，造成电缆故障的主要原因有以下几类。

（1）外力破坏

近年来，随着城市建设的不断加快，各类工程建设使用了大量大型机械，施工时野蛮施工，再加上一些电缆在敷设时没有根据规定的设计方案进行，导致电缆被硬物划伤发生故障。另外，敷设时牵引力过大，也会使电缆受损出现电缆故障。

（2）电缆制作工艺不当

安装现场的温度、湿度和清洁度不符合安装工艺要求。比如，在雨、雾、风沙等有严重污染的环境中安装电缆附件，容易造成制作工艺不良。

（3）电缆头附件存在质量问题

电缆头附件的质量不合格，会导致冷缩或热缩电缆附件不能缩到位。

（4）过电压、过电流影响

过电压会使有缺陷的电缆绝缘层发生电击穿，引起电缆故障。主要原因是大气过电压、内部过电压。

（5）绝缘老化受潮影响

电缆长期过负荷工作会提前发生绝缘老化现象，多发生在电缆中间头、终端头或电缆转弯处附近等。

2 10 kV交联聚乙烯电力电缆线路的故障查找、分析及处理

配电电缆线路在长期运行过程中，后期制作的电缆接头成为电缆的薄弱点。随着运行时间的增减，制作工艺缺陷、环境潮湿等问题都会导致电缆接头发生故障。本文以自贡市某配电电缆线路中间接头高阻接地故障为例，分析电缆发生故障的原因，并提出了处理方法。

2.1 故障现象

该配电线路的供电方向为：110 kV某变电站10 kV线路925开关——某开关箱911开关电缆。该电缆长度为1 994 m，电缆型号为YJV22-8.7/15-3×300 mm2，投运时试验正常。故障现象：该10 kV线路925开关过流Ⅰ段动作。

2.2 电缆故障定位查找

故障电缆性质判断：

（1）隔离故障电缆两端带电部位，拆除故障电缆两端电缆头。

（2）选用2 500 V/10 000 MΩ兆欧表测试时转速为120 r/min。对电缆三相线路进行绝缘电阻测试，测试结果与历史数据进行比较，如表1所示。

表1 110 kV某变电站10 kV线路925开关——某开关箱911开关电缆

（3）用万用表对故障电缆进行测量阻值，测量B相对地电阻为1 MΩ，C相对地电阻为1 500 Ω，A相对地电阻为∞。用万用表做导通试验，均导通，无断线情况。

（4）高阻故障其阻值一般为100～400 Ω，低阻故障一般为100 Ω，由此判断为相间短路引起的高阻故障。

（5）使用LW50波反射法电缆故障定位仪，在完好A相用低压脉冲法测量电缆全长，所得波形如图1所示，得到结果为1 990 m。该电缆档案数据为1 994 m，基本符合。

图1 电缆全长波形图

（6）采用高压冲闪测试波形确定故障距离。

根据故障交流聚乙烯电缆运行资料，设定高压冲闪波速为172 m/μs，工作电压为10 kV，测试波形如图2所示。

图2 高压冲闪测试波形

（7）根据测试波形，确定故障距离在1 052 m处。

根据测定的故障距离，在距测试端1 052 m左右。利用故障定位仪进行准确定位，最终在距测试端1 052 m的-4 m处，听到故障点的放电声最大，准确找到故障点，如图3、图4所示。

图3 电缆故障图一

图4 电缆故障图二

2.3 电缆故障分析

对金属屏蔽层、半导体屏蔽层、绝缘层进行剥切，解剖结果如图5所示。从解剖结果来看，半导电屏蔽层与金属铜屏蔽层交界处存在放电现象，确定为本次故障的放电起始点。表面烧穿口则是界面爬电现象发展到贯穿主绝缘表面所致，而固体绝缘发生界面放电的根本原因是电场应力集中。

图5 故障电缆解剖图

根据对故障交联聚乙烯电缆中间头解体情况分析，确定导致该冷缩式电缆中间接头被击穿的原因如下。半导电层剥离不齐，金属屏蔽尖角没有处理好，半导电层与金属屏蔽之间和主绝缘之间平稳过渡没有处理好（施工时为了防止铜屏蔽层松散，用pvc胶布将铜屏蔽层缠绕固定，在缠绕半导电过渡层时又没有将pvc胶布撕掉），导致电缆接头金属屏蔽层和半导电屏蔽层的切断处产生电应力集中现象，改变了电缆原有的电场分布，产生了对绝缘极为不利的畸变电场（沿导线轴向的电力线）[2]。剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中，屏蔽层断口处是电缆最容易被击穿的部位，如图5所示。

2.4 电缆故障的处理及注意事项

重新制作冷缩中间头（厂家为长沙电缆附件有限公司，型号JLS 6-15 kV），按照厂家提供的制作工艺重新恢复。在重新制作交联聚乙烯电缆中间接头时，要特别注意电缆半导电屏蔽层与金属铜屏蔽层之间要实现电位平稳过渡，防止再次放电造成故障。具体处理方法如下：将交联聚乙烯电缆铜屏蔽，半导电层、电缆主绝缘按施工工艺处理好后，如图6所示。在收缩电缆冷缩管前，利用半导电带紧密缠绕电缆铜屏蔽、半导电层，在电缆主绝缘处搭接缠绕2 mm，以实现电缆半导电层与金属铜屏蔽层之间电位平稳过渡，避免再次放电引起故障。

图6 单根交联聚乙烯电缆处理示意图

3 10 kV交联聚乙烯电力电缆故障的防范措施

众所周知，电缆中间头有冷缩中间头和热缩中间头之分。出于成本考虑，过去在制作材料上一般采用热缩中间头。热缩中间头在运行一段时间后，会产生绝缘性能降低、不能长期在潮湿的环境运行等情况。冷缩中间头具有高弹性、抗老化、防腐蚀、优良的防水性、极佳的抗污秽性、绝缘强度高、安装简便和使用可靠的特点。冷缩技术又称预扩张技术，利用的弹性橡胶材料具有“弹性记忆”特性，安装时只需在正确安装位置上抽出衬管塑料，弹性橡胶体便迅速收缩并紧箍于所需安装部位。

电缆中间接头是电缆线路中的薄弱环节，大部分的电缆线路故障都发生在这里。也就是说，电缆中间接头质量的好坏直接影响电缆线路的安全运行。

为降低电缆故障发生率，应做好以下防范措施：

（1）采用冷缩式电缆中间头和冷缩式户内（外）电缆头；

（2）严格把关试验和验收；

（3）加强巡视防止外力破坏；

（4）加强运行维护科学管理设备。

4 结 论

提高电缆运行质量，降低故障率，是一个综合而复杂的课题。随着自贡地区城市建设的快速发展，城区电缆建设将是电网建设的重要内容，需要进一步提高建设施工质量，加强技术人员的技术培训，使其及时掌握电缆设备新技术、新知识及施工技术要求，减少由于安装工艺引起的电缆事故，打造一支高素质的电网运检队伍，降低电缆故障发生率。