賴嘉豪

摘 要：交聯(lián)電力電纜因其使用優(yōu)勢明顯而被廣泛應(yīng)用，避免其故障出現(xiàn)是一項重要的工作。為了降低交聯(lián)電纜運行故障率，保障其安全運行，分析了一起10 kV交聯(lián)聚乙烯電纜的故障原因，并提出了防止電纜故障的具體建議及對策，以期為相關(guān)實踐提供參考。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜；運行管理；電纜故障；電纜終端

中圖分類號：F407.61 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.123

近年來，隨著我國城市電網(wǎng)的不斷改造，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜以其優(yōu)越的電氣性能、耐熱性能和機械特性得以迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于輸電線路和配電網(wǎng)中，成為電纜中用途最廣、用量最大的產(chǎn)品之一。但由于載流能力強、電流密度大、缺乏完善的電纜運行管理制度等，電纜故障頻頻發(fā)生，造成了較大的經(jīng)濟損失，直接威脅著電網(wǎng)的安全運行。因此，如何預(yù)防和處理各種電纜故障，對電纜日常運行維護實施有效的管理，是相關(guān)單位面臨的一大問題。

1 試驗情況

1.1 絕緣電阻測量

絕緣電阻測量是指測量電纜的主絕緣電阻，通?？梢詸z查電纜絕緣是否老化、受潮，以及耐壓試驗中暴露出來的絕緣缺陷。由于被試電纜均為新敷設(shè)電纜，因此，不存在老化問題。該項目主要用于判斷電纜主絕緣是否受潮、是否存在貫穿性的導(dǎo)電通道、電纜頭是否進水、電纜終端制作質(zhì)量是否良好等。

1.2 直流耐壓及泄漏電流試驗

直流耐壓試驗與泄漏電流測量所施加的電壓不同、加壓時間不同、考核的目的不同。泄漏電流測量屬于絕緣特性試驗，施壓較低，不會損傷絕緣，通過測量流過絕緣內(nèi)部的電導(dǎo)電流判斷絕緣的特性和缺陷情況；直流耐壓試驗施壓較高，直接檢驗絕緣的耐受情況，可檢查出危險性較大的集中性缺陷，絕緣可能受到損傷甚至擊穿，因此，屬于破壞性試驗的一種。由于二者的試驗原理完全相同、接線基本相同，一般情況下，直流耐壓和泄漏電流測量會同時進行。

試驗時，在0.25Us、0.5Us、0.75Us下各停留1 min，泄漏電流值如表1所示。第一次試驗時，A/BC及地的泄漏電流數(shù)據(jù)異常大，升至0.75Us時停止試驗，降壓、斷電并放電。結(jié)合絕緣電阻測量數(shù)據(jù)，初步判斷A相絕緣存在較嚴重的受潮缺陷。對C相進行試驗，C/AB及地的泄漏電流在耐壓試驗2 min之前正常，電流僅為十幾μA。但在耐壓試驗第三分鐘時電流突然增大，且出現(xiàn)大范圍擺動，進而停止試驗。

再次對A相進行試驗，泄漏電流起始值較大，為70 μA。在升壓過程中，電流值雖然在增大，但沒有出現(xiàn)迅速攀升的現(xiàn)象。因此，將電壓升至耐壓值，電流基本為170 μA。這個數(shù)值要比正常交聯(lián)電纜的泄漏電流大很多。根據(jù)A相、C相的情況，未繼續(xù)對B相進行試驗。

經(jīng)分析數(shù)據(jù)認為，電纜絕緣內(nèi)部可能出現(xiàn)較為嚴重的放電通道或嚴重受潮的現(xiàn)象。在與電纜頭制作人員溝通后，了解到的情況證實了這種判斷。以往，在制作電纜頭的前幾天，當(dāng)?shù)卦霈F(xiàn)了暴雨天氣，地下配電室地板上有較深的積水。工作人員敷設(shè)完電纜后，未認真密封電纜端頭，簡單地用塑料布包裹后扔在了地板上，在地面積水后導(dǎo)致電纜端頭進水。

1.3 諧振交流耐壓試驗

當(dāng)所試驗的電纜較長時，以導(dǎo)體標(biāo)稱截面240 mm2的交聯(lián)聚乙烯電纜為例，假設(shè)電纜長度為1 km，額定電壓為8.7/10 kV，單相電容量為0.343 μF/km。根據(jù)規(guī)程中的要求，其交接試驗的耐壓水平為17.4 kV，采用工頻耐壓方法，則試驗變壓器容量需達到94 kVA。

由此可見，不可能提供功率滿足要求的試驗電源和試驗變壓器。因此，工程中常采用串聯(lián)諧振的方法來對大電容電纜進行交流耐壓試驗。串聯(lián)諧振試驗裝置又分調(diào)感式和調(diào)頻式。我公司目前選用的是上海思源電氣公司生產(chǎn)的VFS串聯(lián)諧振成套裝置，其屬于常用的調(diào)頻方式，接線原理如圖1所示。

利用諧振電抗器和試品等值電容發(fā)生串聯(lián)諧振，從而在試品上獲得品質(zhì)因數(shù)Q倍的勵磁電壓，最終達到減容耐壓目的。

2 故障情況分析

找到存在的問題后，決定剝開電纜頭檢查具體情況。由于冷縮中間接頭剝切長度較短，因此，應(yīng)使施工和操作工藝要求更高、更嚴格。由于其應(yīng)用時間較短，對該項新工藝的操作掌握存在很大的不足。在剝切電纜半導(dǎo)體屏蔽層時，刀痕過深，導(dǎo)致主絕緣層表面有傷痕，易積存氣隙。熱縮電纜頭與傳統(tǒng)電纜附件相比，具有體積小、重量輕、安全、可靠、安裝方便等特點。其符合GB 11033標(biāo)準(zhǔn)，長期使用溫度范圍為-55～105 ℃，壽命長達20年。

從檢查情況看，A相電纜頭端部進水較多，在經(jīng)過兩次耐壓試驗后，內(nèi)部水分引起了嚴重放電現(xiàn)象，熱縮護套內(nèi)部出現(xiàn)樹枝狀放電痕跡，已經(jīng)龜裂、受損。電纜端部主絕緣也產(chǎn)生了樹枝狀放電痕跡，出現(xiàn)了一道裂紋，絕緣損傷嚴重。

交聯(lián)電纜長期浸泡在水中或處在濕度較大的環(huán)境中，運行時絕緣會吸收環(huán)境中的水分，在電場作用下在絕緣中產(chǎn)生大量水樹，并逐漸使絕緣老化。當(dāng)水樹達到飽和時，絕緣性能和機械性能急劇下降，轉(zhuǎn)化為電樹，介質(zhì)損耗迅速增大，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。目前，國內(nèi)外研究水樹生長機理的理論及觀點很多，得到廣泛認同的主要有應(yīng)力作用、化學(xué)勢作用等。但無論采用哪種機理，水樹生長的方向都是沿電纜徑向發(fā)展的，且本次試驗的電纜是新安裝的電纜，并不存在長期吸潮的問題，即使端部進水，時間也僅有幾天，電纜并沒有投入運行，因此，不會發(fā)展為水樹，也不會形成電樹放電。

放電的真正原因為：電纜端部進水后，由于工作人員未進行烘干處理，絕緣各層之間殘留有較多的水分。在電纜穿人配電柜固定后及制作電纜的過程中，端頭始終下垂，水分倒流積聚在端部，在部分位置形成了連續(xù)的水膜。水為強極性介質(zhì)，直流耐壓試驗時，在外電場作用下含水的電纜絕緣各層界面電場分布嚴重畸變，界面電阻下降，產(chǎn)生大量導(dǎo)電離子，激發(fā)界面沿面放電。在直流耐壓試驗中，A相泄漏電流隨電壓升高迅速增大，且強烈的放電導(dǎo)致試驗過程中泄漏電流大幅擺動。由于試驗時外施電壓較高、時間較長，導(dǎo)致這種沿面放電能量較大，使熱縮外護套內(nèi)部水分較多處和端頭處發(fā)生龜裂，產(chǎn)生樹枝狀的放電痕跡。

樹枝狀放電原因與以上分析基本相同，也是沿面放電引起的。由于端頭更易積聚水分，且電場分布更不均勻。端頭絕緣表面的橫向深溝是因工作人員制作電纜頭時剝切電纜不小心劃傷了絕緣、未嚴格按要求重新剝切電纜，積聚大量的水分后產(chǎn)生了放電現(xiàn)象。

C相絕緣在試驗中處于正常狀態(tài)，但在耐壓試驗過程中泄漏電流突然增大。耐壓試驗開始一段時間后，某處積聚一定量的水分后引起了沿面放電，導(dǎo)致泄漏電流急劇增大并大幅度擺動。

3 故障處理

由于進水嚴重，決定將三相熱縮頭全部剝開拆掉，使電纜頭下垂，用螺絲刀適度撐開電纜外護層，將水分控干，干燥后重新制作電纜頭。經(jīng)過1 d控水后，剝開的電纜外護層內(nèi)部積聚有水分，表明內(nèi)部進水嚴重；繼續(xù)控水1 d，考慮電纜長度余量足夠又截掉了1 m，沖洗剝切電纜頭。為了安全起見，剝切電纜后制作了熱縮頭前，電纜頭在裸露的情況下進行了絕緣電阻測量、泄漏電流測量和直流耐壓試驗?；竞细窈?，重新制作了熱縮頭，再次試驗，上述試驗項目均合格。

試驗日期為2011-08-20，溫度為25 ℃，相對濕度為68%.試驗時室外天氣為陰天，有零星小雨，電纜另一頭在室外露天放置，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，A相、C相泄漏電流值偏大，且各相在耐壓試驗時間較長時（3 min），泄漏電流均達到或接近最大值，表明內(nèi)部仍然有一定的水分。雖然交接試驗可以認為合格，但在運行中應(yīng)注意多觀察、巡視。

4 相關(guān)建議

4.1 電纜敷設(shè)敷

各種電纜應(yīng)嚴格按照施工工藝和規(guī)范要求敷設(shè)，在敷設(shè)完成后可密封電纜端頭，以免進水或受潮。本次故障的主要原因是施工人員技術(shù)水平和規(guī)范操作的意識較差，認識不到電纜頭密封的重要性，在下雨后又未及時采取補救措施，導(dǎo)致電纜端頭進水。電氣安裝、檢修公司等部門應(yīng)該從中汲取教訓(xùn)。

4.2 電纜頭制作

電纜頭制作人員應(yīng)增強自身的責(zé)任心和規(guī)范意識，在明知電纜進水情況下，未采取除潮、除水措施，僅鋸掉2 m電纜就盲目地認為不存在問題，匆忙地制作電纜頭，導(dǎo)致電纜頭試驗不合格，這樣既耽誤了時間，也浪費了人力和物力。

交聯(lián)電纜試驗XLPE電纜交接或預(yù)防試驗的直流耐壓試驗項目一直存在較大爭議。由于XLPE絕緣具有的特殊性質(zhì)，多數(shù)研究人員認為進行直流耐壓試驗可能是不合適的。長期運行時XLPE絕緣中逐步形成了水樹枝、電樹枝，導(dǎo)致絕緣老化，并伴隨有整流效應(yīng)。這種效應(yīng)導(dǎo)致樹枝端頭積聚的電荷難以消散，進而加劇電纜樹枝化。

5 結(jié)束語

綜上所述，10 kV交聯(lián)電纜的故障大部分發(fā)生在電纜接頭部位，它是電纜線路運行的最薄弱環(huán)節(jié)，也是我們避免電纜線路故障發(fā)生的關(guān)鍵。保障交聯(lián)電纜線路的安全、可靠運行，是個多方面、多環(huán)節(jié)的問題，關(guān)鍵在于做好前期的預(yù)防措施，從選型、設(shè)計、安裝和運行管理等各環(huán)節(jié)人手，從根本上降低電纜故障率，保障電網(wǎng)的安全運行。

參考文獻

[1]孔祥星.10 kV交聯(lián)電纜線路的故障分析及防范措施[J].城市建設(shè)理論研究，2011（23）.

〔編輯：張思楠〕