220kV超高压电缆故障分析及处理

赵斌

摘要：在220kV超高压电缆的使用过程中，除了需要在发生故障的第一时间进行故障排除，还需要在日常运行中对电缆的运行状态进行监测，在这两部分系统的运行过程中，两个系统可进行集成，实现对电缆运行状态的有效观测。传统方式为应用人力方式进行故障分析以及运行状态检测，这种方式需要消耗大量成本，并且效果较为一般，在当前的科技发展中，需要应用新的形式完成工作。

关键词：220kV;电缆故障;处理

前言

随着中国经济的快速发展，全社会用电量逐年增长，电网结构变得日益复杂。但低成本的蜘蛛网式的架空线不仅影响城镇化的推进，也会给城市市容造成一定的负面影响，为加快城镇化建设进程，提高土地资源利用率，由电缆入地工程代替架空线是现代化城市建设的必然趋势。电缆敷设在地下，具有不占地面空间和维护费用较少的优点，但随着电缆的大量投运，电缆安装工艺等因素所导致的电缆线路故障也越来越多，本文以多年来从事电缆试验和抢修工作中遇到的故障问题为依据，对导致高压电缆故障的原因做简要分析。

1 220kV超高压电缆故障类型介绍

超高压电缆在投入运行之后会受到各种因素的影响，从而导致电缆出现故障。导致电缆故障的原因主要包括以下几点：①电缆质量问题，在电缆生产过程中，由于技术人员技术、生产工艺等问题，造成110kV高压电缆出现绝缘偏心、绝缘解蔽均匀性差、电缆金属护套密封性能较差等问题。这些问题最终都会导致电缆故障;②规划设计因素，在工程设计阶段，设计人员对于电缆的相关知识较为欠缺，未能综合各个方面的因素来进行全面分析，导致在实际施工中发生电缆转弯半径不足、现场无法进行缆线敷设等各类问题，甚至会导致故障的发生;③施工因素，工程的施工环境较为恶劣、电缆接头施工存在问题、施工流程没有严格按照规范进行;④电缆运行问题，电缆长期处于超负荷运行状态下或者电缆运行环境恶劣的情况下，电缆容易出现故障;⑤外力破坏，电缆在铺设过程中或者铺设后遭到外力的破坏[1]。

2故障性质分类、测试、精确定点方法选择

（1）低阻故障———电缆有一芯或多芯对地绝缘电阻低于几百欧姆的故障。这种故障通常用低压脉冲法测距，低压脉冲法就是向故障电缆的导体输入一个脉冲信号，通过观察故障点发射的脉冲与观察到反射脉冲的时间差来进行运算得到距离。低压脉冲法一般操作比较简便、波形直观明显、对电缆损伤小，而且可以让我们清楚意识到导致故障的原因就是低阻故障。低阻故障目前还没有有效的精确定点方法。

（2）高阻故障———电缆一芯或多芯对地绝缘电阻值低于正常值但高于几百欧姆的故障。这种故障测试可采用脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲法（多次脉冲法）。脉冲电压法是对故障电缆加上直流高压或冲击高压，使电缆故障点在高压下放电，然后通过仪器观察放电电压脉冲在测试端到放电点之间往返一次的时间进行测距。这种方法又可细分为直流高压闪络测量法和冲击高压闪络测量法[2]。脉冲电压法有一个较为突出的优势就是不必将高阻与闪络性故障烧穿，电缆故障点只要在高电压下充分放电、击穿，就可以测出故障点的距离，但用这种方法测试时，测距仪器与高压部分有直接的电气连接，可能会有安全隐患。脉冲电流法原理与脉冲电压法一样，但该方法是在直流高压发生器的接地线上套一只电流耦合器，来采集线路中因故障点放电而产生的电流行波信号，因电流耦合器与高压部分无直接的电气连接，该方法安全性更高。二次脉冲法（多次脉冲法）是相对较为先进和精确的一种测试方法，该方法通过高压脉冲发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲，使故障点产生弧光放电。由于弧光电阻很小，在燃弧期间原本高阻故障就变成了低阻短路故障，此时通过耦合装置向故障电缆注入一个低压脉冲信号，可明显观测到故障点的低阻反射脉冲;在电弧熄灭后，再向电缆注入一个低压脉冲信号，此时由于电缆故障点恢复为高阻，低压脉冲信号在故障点处没有反射或反射极小，通过对比带电弧的波形和无电弧的波形，即可精确找出波形分歧点（故障点）的距离。对于高阻故障精确定点一般利用声磁同步法。

（3）电缆护层故障，高压单芯电缆上所设置的金属屏蔽层的作用相当重要，其主要是使得电容电流在电路正常使用的情况下能够正常地被运输至线路各个路段中。同样作为安全方面的预防措施，当电路当中某处由于短路的情况导致危险发生时，金属屏蔽层可以作为短路的极度变大的电流的一个安全通道，同时由于金属屏蔽层的存在可以起到屏蔽电场的一个作用。金属屏蔽层在通电状态下的高压单芯电缆中能够产生感应电压，所以能起到屏蔽电场的作用[3]。检测高压单芯电缆护层故障的常用方法是低压脉冲波反射法和電桥法。其中，电桥法主要包括直流电桥法、压降比较法和直流电阻法等。电桥法通过测量故障电缆从测量端到故障点的电阻，依据电阻率计算出故障距离，或者通过测量电缆故障段与全长段的电压降比值，再和全长相乘计算出故障距离的一种方法。电桥法对于高压单芯电缆的护层故障和绝缘电阻在几千欧以内的主绝缘电阻故障都是适用的。

3 220kV超高压电缆故障预防处理措施

1）电缆终端和电缆中间接头制作人员应持证上岗。2）对于电缆制作应根据厂家安装制作说明书，将说明书书中的制作尺寸，制作工艺流程等技术要点在现场电缆施工方案中详细体现，做好方案相关签发审批流程。3）严格按照厂家安装说明书进行制作电缆头，派专业人员严管制作过程，有条件的可以要求厂家进行现场指导，确保对制造工艺的质量控制。4）充分考虑电缆制作时的天气温度、环境湿度以及周围灰尘等因素，严禁为赶进度工期而不进行有效控制。5）加强电缆质量检验工作。上海地区为提高电缆制造质量，采取派人在厂家监造的措施，在监造过程中发现了不少问题，收到良好效果。北京地区一直执行现场接头前电缆质量检验，发现了不少问题，但这一措施也有局限性，就是现场只能进行外观检验，无法了解绝缘内部情况。同时电缆生产厂家也应加强质量管理，提高质量意识，严格出厂前的试验和检验工作，杜绝不合格产品流入市场[4]。6）电缆终端头、中间接头制作中做好密封处理以及防水防潮处理，不得使用劣质或过期的密封胶和防水材料。7）加强电缆工程相关资料管理及归档，应包含以电缆厂家资料、附件厂家资料、电缆路径走向、中间接头位置、监理见证记录、金属屏蔽层接地方式、安装报告、试验报告等。8）加大运行监测力度。很多人认为电缆系统可以免维护，这种观点是错误的。以前因为没有好的监测手段，电缆运行部门只能加强巡视，现在红外线测温在一些地方开始使用，一些地方还在接头部位安装了温度监测系统，局部放电技术开始进入实用阶段。各地运行部门应根据实际情况开发或采用相应的检测手段，做到提前预防。

总结

在高压电缆的故障分析过程中，需要按照常见的故障类型选择故障分析技术，对于低阻故障，可应用低压脉冲法达成目的，对于高阻故障，常用的方式为冲闪法。而在高压电缆的运行状态检测中，需要建设状态检测系统，该系统中需要应用相关的传感器收集运行数据，通信系统将这些数据传送到控制中枢中，实现对运行状态的有效检测。

参考文献

[1]董丹丹.500kV电力电缆施工设计与管理关键技术研究[D].郑州大学，2017.

[2]张云柯，李博通，贾健飞，荆方杰，刘轶超.带并联电抗器的超高压电缆-架空混合线路三相永久性故障识别方法[J].电力自动化设备，2017，37（10）：107-111+125.

[3]张云柯.超高压电缆—架空线混合线路故障定位方法及自适应重合闸技术研究[D].天津大学，2017.

[4]徐鸿燕.跨海大桥超高压电力电缆对铁路信号线路影响研究[J].电气应用，2015，34（14）：144-148.