高压电缆故障原因与对策分析

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摘要：电缆作为电力系统中重要的电能传输设备，给人们生产和生活带来了极大的便利。基于此，本文主要对高压电缆故障原因与对策进行分析，详情如下。

关键词：高压电缆；故障原因；对策

引言

电力电缆是承载电能传输的重要一次设备，电缆绝缘状态检测是维护电缆安全运行的必要环节。电缆局部绝缘缺陷不断发展最终导致电缆永久性故障，但局部绝缘缺陷特征在起始阶段不明显，常采用局部放电法、时频域反射法等离线检测方法。离线绝缘状态检测技术因为需要电缆停运检修且不能频繁检测等问题逐渐无法满足对电缆运行状态信息长期监测的需求，而局部放电在线检测易受环境噪声干扰，实际绝缘检测中仍以离线检测方式为主。

1高压电缆故障原因

1.1高压直流接地极关键问题

直流接地极是高压直流输电系统的工作电流(单极大地回路运行方式下)、故障电流、系统不平衡时电流的回流/泄流通道，是保障高压直流输电系统正常运行的重要设备。直流接地极系统中埋地金属馈电元件遭受直流电解腐蚀，其腐蚀状态与金属材质、土壤环境、连接方式、直流运行方式、活性填充材料(石油焦炭)和施工质量等因素密切相关。若金属材料质量把关不严，焊接、密封等施工工艺不过关，运行后会导致接地极局部腐蚀严重，载流能力下降，接地极温升抬高，甚至产生导流电缆腐蚀断开，接地极烧毁等事故隐患。早期接地极馈电元件使用导电性良好的碳钢材料，但由于碳钢是活性金属，耐蚀性较差，尤其是在强腐蚀环境的土壤电化学腐蚀和接地极单极大地运行直流大电流电解腐蚀下，碳钢很容易发生快速腐蚀甚至断裂事故。

1.2高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障原因

高压XLPE电缆缓冲层均具有阻水性能，出现烧蚀现象的电缆其共性特征是，电缆的金属套为皱纹铝套，并且缓冲层中含阻水型半导电缓冲带，多数有受潮的迹象。电缆防水主要考虑沿着电缆导体方向及沿着电缆径向透过电缆外护层的渗水。因此，可采用电缆径向防水和纵向阻水的结构。目前典型的高压电缆结构，无论是皱纹铝套结构、平铝套结构，还是铝塑复合套等结构，都是金属套密封型结构，都具备径向阻水的功能，也就是说，在不遭到破坏的情况下，即使处在有水的环境也不影响电缆的正常使用。

1.3电力电缆外护套的故障定位

电力电缆外护套绝缘故障的主要原因包括本体缺陷、外力破坏、积水入侵和白蚁侵噬等。在电力电缆运行过程中，电缆外护套会发生老化或遭受破坏，其绝缘性能将会下降。随着时间的推移，绝缘性能问题愈发严重，因此，外护套绝缘问题是电缆线路故障的重要原因之一。外护套破损后，金属护套将直接与大地形成回路，使得护层电流明显增加。护层电流的增加不仅会加速金属护套的老化，而且会加大发热量导致电缆载流量降低。金属护套长期发热造成破损后，积水以及空气会通过破损点入侵电缆主绝缘，很可能造成主绝缘被击穿而引起事故，威胁电缆的安全运行。因此，定期检查电缆外护套，并对故障点进行定位和检修，对电缆的安全运行十分重要。

2高压电缆故障对策分析

2.1高压直流接地极

作为一种新型耐蚀铁硅合金，高硅铸铁阳极最早开始在美国使用，最初只是在实验室中应用，到80年代初期，这种阳极开始在工业生产中大量使用。含硅量在14．5%以上的高硅铸铁之所以具有良好的耐蚀性，是因为硅在铸铁表面形成一层由SiO2组成的保护膜。但这种含硅14．5%的铸铁阳极被发现在海水中很容易发生腐蚀，因此在强腐蚀性介质或海水中使用的阳极都会添加铬元素，加入铬的作用是为了降低原始阳极的腐蚀速率。加入铬的高硅铸铁阳极简称为高硅铬铁。目前，高硅铬铁阳极已广泛应用于高压直流输电领域，作为馈电元件使用，以抵抗土壤电化学腐蚀和电解腐蚀，按照40～60年的使用寿命设计。按照DL/T5224—2014《高压直流输电大地返回系统设计技术规范》和DL/T1675—2016《高压直流接地极馈电元件技术条件》的规定，高硅铬铁是作为直流接地极阳极最优的选择。

2.2高压XLPE电缆缓冲层检测关键技术

为了减少或避免电缆缓冲层烧蚀现象的发生，在电缆安装或正式使用之前，须对电缆缓冲层进行检测，综合高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障原因分析，需要对阻水带含水率、阻水带体积电阻、阻水带表面电阻和成品电缆缓冲层接触电阻率等进行测试。目前，阻水带含水率、阻水带体积电阻率和阻水带表面电阻率的检测方法是根据JB/T10259—2014《电缆和光缆用阻水带》中的规定进行检测。目前，成品电缆缓冲层接触电阻率还没有相关的国家标准、行业标准和团体标准，国家电线电缆质量检验检测中心制定了相关的技术规范《额定电压110kV及以上交联聚乙烯绝缘皱纹铝套电力电缆半导电缓冲层电接触性能评价方法》，可用于成品电缆缓冲层接触电阻率的测试。

2.3护层电流的在线监测

电缆护层电流的在线监测是故障定位系统的基础，在线监测系统主要是通过护层电流的监测值和系统设定数据的比较来判断护套故障的大概电缆段或大概位置，相当于故障的初步定位。金属护套接地会使得护层电流增大，因而护层电流监测可作为电缆早期故障监测的一种手段，防止电缆绝缘层由外至内逐渐恶化。目前，通过计算护层电流来判断外护套异常程度有两种方法，第一种方法是利用环流比(接地线电流幅值与导体电流幅值之比)的大小来判断环流异常;第二种方法则是采用实际电流与理想电流差来判断。对于监测出的环流比(接地线电流与导体电流之比)大于3%时，可判断该段电缆存在故障。对于接地方式为单端接地的电缆，环流与距离成一定比例增加(单点故障)，可以判断出故障点的大概位置。但是，如果故障是同相位多点故障，采用环流比将无法判断故障点位置。

2.4电缆初期故障在线检测技术

电缆初期故障检测研究的数据主要为少量现场监测数据、大量仿真数据，采用的研究主要依靠仿真，但现有的电缆初期故障模型并不能完整描述电缆初期故障。现场数据集需要长期监测电缆运行中的电压电流数据，获取数据存在周期长、效率低、且可能难以获取等问题；而采用实验方式获取数据是快速、便捷的有效手段，能够模拟电缆运行中的各种环境状态和电缆绝缘缺陷的发展过程。通过大量试验数据分析电力扰动数据特征，并结合现场监测数据，有助于更加全面地认识电缆初期故障。大部分现场得到的实测波形为电流波形，电压波形较少，而电压波形由于受到系统和电缆参数的影响，扰动发生点与监测点的波形特征可能存在极大的差异，对进一步分析扰动特征量造成困难；由于无法获得扰动发生点的原始扰动波形，对研究分析扰动在系统中的传播也造成困难，同时对验证检测方法的有效性也形成障碍。这需要结合试验的就地电压波形及电力系统中的各设备参数进行关联分析，研究电压沿电缆线路的传递规律，研究暂态电力扰动在电力系统中的影响因素。

结语

总之，当电缆初期故障检测技术的实用性研究取得进展后，基于暂态电力扰动的电缆绝缘缺陷检测方法有望成为一种新型电缆绝缘状态在线监测手段。

参考文献

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