10k V配电线路常见故障分析与改进研究

张小琛 陶宇航

（国网天津市电力公司城西供电分公司）

0 引言

配电网作为供给居民、商业及工业高压用电的最后一环，具有分布范围广、设备类型及型号复杂、维护难度大、故障时点位难以查找等特点及问题［1，2］。尤其在城市中心区，由于存在医院、政府、通讯等各类重要用户，对电能质量也提出了更高的要求［3-5］。以天津市南开区为例，2020年度上半年共发生配电线路故障49起。其中，架空设备引起故障25起，电缆设备引起故障17起，用户原因引起故障6起。通过分析数起架空线路设备及电缆设备故障实例，对配电网典型故障进行总结，为今后的运行维护工作提供建议及指导。

1 配电线路隔离开关故障分析

2020年春季，某地区10kV配电线路连续发生多次跳闸事故。经查，故障均由柱上隔离开关引起。

1.1 隔离开关进水导致瓷瓶崩裂案例

2020年3月2日，某10kV线路零序保护动作，重合不良。经查线，判断为柱上隔离开关中相瓷瓶崩裂，经更换后恢复送电。两个月后，该线路再次零序保护动作，故障点位相同，现场同样发现瓷瓶崩裂。两次故障时均为雷雨天气。次日，采用不停电作业法将故障设备更换，并进行解体分析，瓷瓶分解情况如图1和图2所示。

经过对替换下隔离开关解体，发现该批次瓷瓶底部支撑与底板连接处无任何防水防潮措施，固定螺栓直接通过水泥及粘接剂连接。在下雨时，雨水通过螺栓空隙处进入粘接界面，受冷热后将瓷瓶涨碎。

根据分析结果，通过将后续柱上隔离开关更换为复合绝缘子型，避免同类事故再次发生。

图1 隔离开关支撑瓷瓶崩裂

图2 隔离开关另一侧完好瓷瓶底部

1.2 隔离开关合闸位置不良案例

2020年4月2日，某10kV开关过流保护跳闸，重合良好。经查线，发现线路上一隔离开关边相崩裂，同时将刀片崩开导致线路缺相运行。该开关于2019年底装设，经不停电作业更换后，发现动触头与静触头发生错位，未形成良好接触，刀片严重过火，在负荷较大时导致拉弧放电。故障时，天气状况晴好。故障现场如图3所示，过火情况如图4所示，刀片合闸错位情况如图5所示。

图3 故障后隔离开关

图4 故障后刀片过火情况

图5 处于合闸位置时刀口错位情况

经分析，本次故障原因为新装设刀闸后，在杆上进行合闸操作时，由于边相绝缘杆会向刀片施加横向作用力，导致刀片动触头偏向外侧，未能夹住静触头，而是压在静触头边缘。由于刀片位置较高，地面难以观察触头接触情况，导致送电后持续接触不良，刀片烧蚀后拉弧放电，崩坏磁柱。

根据分析结果，通过将柱上隔离开关更换为静触头横置式复合绝缘子型，避免同类事故再次发生。

2 配电线路电缆故障分析

在电力线路布置方式中，主要有架空线路及电缆线路两种方式。架空线路架设成本较低，且维护、故障修复较为方便，但在发生恶劣天气时易发生故障，且较为不美观。电缆线路铺设成本较高，但具有不影响市容、载流量大、不受天气影响等优点，在城区应用较多。电缆线路在发生故障时，定位及修复时间较长，适合线路网架结构较为完善时采用。

2.1 电缆热缩中间接头故障案例

2020年1月6日2：05，某线路零序保护动作，重合不良。经查线，发现某段电缆中间接头故障，通过将故障点倒路隔离后送电。

在对故障位置开挖后，将该接头切除并重做。该接头于2016年制作，绝缘及护套采用热缩工艺，线芯通过压接方式连接。通过对接头进行解体，发现护套内存在少量不明显水渍。打开非故障相后，发现线芯已完全从接续管中脱出。经对比故障相放电位置，确认线芯脱出拉弧为故障直接原因。同时，发现铜屏蔽与铜网固定处采用绑线而非恒力弹簧，导致在外半导电层产生明显压痕。线芯解剖后对比如图6所示，绑线对半导电层形成压痕如图7所示。

图6 故障与非故障相同一位置对比

图7 绑线在铜屏蔽层及外半导电层形成压痕

经分析，本次故障原因为中间接头压接时，压接不实。在冬季低温时，电缆受冷收缩，在接头处形成较大拉力，导致线芯脱出放电。同时，铜屏蔽层与铜网固定绑线过紧，导致对半导电层形成明显压伤，形成电应力集中，制作工艺不合格。

根据分析结果，通过对施工作业人员加强培训，规范中间接头制作流程，解决该问题。

2.2 电缆冷缩中间接头故障案例

2020年6月24日，某线路零序保护动作，重合闸未投入。经查线，发现变电站出口电缆中间接头故障，经倒路隔离故障点后恢复线路送电。

将故障接头挖出并切除后，发现该接头为冷缩工艺，打开铠装带后未发现进水痕迹。但故障相自半导电断口处至线芯完全烧焦。对非故障相进行解剖，在主绝缘处发现多处刀伤且未经打磨处理。半导电断口不均，且未进行倒角。主绝缘断口处亦未做铅笔头。故障相冷缩套管打开后，发现内部充满碳粉，并延伸至对端。主绝缘及半导电层情况如图8所示，故障相对比如图9所示，放电位置情况如图10所示。

图8 非故障相主绝缘伤痕及半导电断口

图9 故障相位置对比

图10 放电位置将三相线芯烧坏

经分析，故障主要原因为主绝缘清洁不佳（或清洁时双向擦拭），使绝缘表面掺杂碳粉等杂质，导致在冷缩套管内自线芯沿面向铜屏蔽持续爬弧，放电位置延伸到屏蔽层时，发生永久接地击穿。同时，亦发现该接头存在主绝缘存在纵向刀伤未打磨、半导电及主绝缘断口处未倒角等工艺问题。

2.3 电缆冷缩终端接头故障案例

2020年8月1日，某线路零序动作，重合不良。故障后，接居民反映，某电缆终端杆有持续放电和放炮声。经查线，发现该处电缆终端接头单相烧损，将该接头切除后重做并恢复送电。

根据现场观察，该终端接头外观存在固定卡箍位置过高（已到达三叉手套处）、弯曲角度过大问题。故障相绝缘层已全部烧损，露出线芯。打开冷缩外护套后，发现应力锥与半导电层未形成有效搭接，且弯折角度接近90度。主绝缘表面及半导电断口存在明显刀伤，且未经打磨。另两相打开后，亦在半导电断口处发现放电痕迹。故障相放电位置位于半导电断口处，沿铜屏蔽层持续放电，将主绝缘全部烧损。接头整体外观如图11所示，应力锥情况如图12所示，主绝缘及半导电处理情况如图13所示。

图11 故障终端接头整体情况

图12 应力锥与半导电层搭接情况

图13 主绝缘及半导电断口情况

经分析，本次故障主要原因为接头制作尺寸偏差过大，且绝缘表面伤痕未经处理，导致半导电应力疏散措施失效。接头因刀伤于半导电断口处电应力较大击穿后，对铜屏蔽层放电，持续烧损线芯，至三叉手套处形成永久接地点，导致线路故障跳闸。同时，电缆上杆长度过高，缆头裕量较小，弯折角度过大。

2.4 变压器一次线故障案例

2020年7月17日，某地接工单发生停电。经查线，发现某配电站变压器出线间隔内，变压器一次线整体烧损，保险熔断跳闸。同时，开关柜过火，无法继续使用，经整站更换后恢复送电。

该站于数年前曾进行改造，将原空气绝缘式开关柜改造为六氟化硫开关柜。由于柜型变更，变压器出线位置发生变化，原穿墙套管无法满足走线要求，通过将高压室与变压器室之间隔板切出穿线孔洞后解决。一次线采用交联聚乙烯电缆，故障后已烧损至裸线状态。高压室情况如图14所示，变压器室情况如图15所示。

图14 高压室穿线位置及烧损情况经分析，本次故障原因为变压器一次线穿越隔板时，未经穿墙套管或绝缘支撑，直接搭接在隔板切口

图15 变压器室穿线位置及烧损情况

处。由于变压器运行时会产生震动，使一次线在隔板处持续发生摩擦，绝缘受损后对地放电，并烧损线路及开关柜。为避免同类事故再次发生，通过全面排查类似配电站房，将存在的无支撑物一次线重做穿墙套管，以解决该问题。

3 结束语

配电线路作为电力传送系统中重要组成环节，其输送的质量直接关系着整个电力系统的运行安全。针对配电网架空线路设备及电缆设备常见故障，进行分析及总结。在各种故障中，施工工艺不良占较多因素。由于配电网网架结构复杂、设备种类型号较多，难以对施工工艺质量进行把控，但可通过对作业人员进行培训、考核等方式，提升施工人员技能，避免人为因素导致故障的发生，将可能产生的电力故障扼杀在萌芽里。