10kV電纜終端故障情況分析及處理措施

陳浩年

（東莞供電局 廣東東莞 523000）

摘 要：本文結(jié)合具體試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)10kV電纜故障的情況分析，詳細(xì)闡述了故障檢測(cè)中的直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)，提出了具體的處理措施，以提高電網(wǎng)配電線路的運(yùn)行水平和供電可靠性。

關(guān)鍵詞：10kV電纜；測(cè)量；故障處理

0 前言

隨著近年來(lái)城市供電量的穩(wěn)步增長(zhǎng)，配電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)其安全可靠的運(yùn)行要求越來(lái)越高。本文所舉例子為某一處新敷設(shè)的電纜設(shè)備，在完成其施工后經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，其絕緣電阻A/BC及地嚴(yán)重偏低，另外兩相基本正常，通過(guò)檢査電纜整體以及電纜頭外部情況并無(wú)異常，結(jié)合進(jìn)行的直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)可得，該故障產(chǎn)生原因?yàn)榻K端進(jìn)水，現(xiàn)對(duì)其故障分析及處理措施作相關(guān)淺析。

1 試驗(yàn)情況

交聯(lián)聚乙烯電纜屬于橡塑絕緣電力電纜，由于其優(yōu)點(diǎn)突出，目前已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的主流電纜。根據(jù)GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，10kV配電電纜交接試驗(yàn)主要項(xiàng)目有絕緣電阻測(cè)量、直流耐壓試驗(yàn)及泄漏電流測(cè)量、交流耐壓試驗(yàn)、檢査電纜兩端的相位等。當(dāng)不具備條件時(shí)，額定電壓U0/U為18/30kV及以下電纜，允許用直流耐壓試驗(yàn)及泄漏電流測(cè)量代替交流耐壓試驗(yàn)。

所謂不具備條件是指，由于一般電纜較長(zhǎng)，其電容量較大，如果采用交流耐壓試驗(yàn)，所需的試驗(yàn)電源容量也較大，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)可能無(wú)法滿足要求。因此目前很多單位在對(duì)交聯(lián)電纜施行交接或預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，采用了直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流測(cè)量來(lái)代替交流耐壓試驗(yàn)=因?yàn)橹绷髟囼?yàn)不需很大的電源容量。但直流電壓對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣有積累效應(yīng)，試驗(yàn)后將在電纜絕緣中殘余一定的電荷，將電纜投入使用后，會(huì)增大擊穿的可能，影響絕緣壽命。且直流試驗(yàn)的等效性不如交流，故很多規(guī)程規(guī)定，35kV及以上電壓等級(jí)的交聯(lián)電纜只能施行交流耐壓，不能施行直流耐壓試驗(yàn)。

2 故障情況及分析

判明存在的問(wèn)題后，決定剝開電纜頭檢查具體情況。圖1為工作人員在劃開A相終端頭外護(hù)套。剝開后電纜內(nèi)部進(jìn)水及絕緣受損情況如圖2至圖5所示（均為A相）。

從檢查情況看，A相電纜頭端部進(jìn)水較多，在經(jīng)過(guò)兩次耐壓試驗(yàn)后，內(nèi)部的水分引起嚴(yán)重放電，熱縮護(hù)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，且出現(xiàn)很深的一道裂紋，絕緣損傷嚴(yán)重。圖2、圖4中熱縮護(hù)套內(nèi)表面，圖5中主絕緣端頭處的樹枝狀放電，從形狀上看很像交聯(lián)電纜絕緣中經(jīng)常出現(xiàn)的水樹放電、電樹放電，但筆者認(rèn)為這是完全不同的。

交聯(lián)電纜長(zhǎng)期浸泡在水中或處在濕度很大的環(huán)境下，運(yùn)行時(shí)絕緣會(huì)吸收環(huán)境中的水分，在電場(chǎng)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(dá)到飽和時(shí)，絕緣性能和機(jī)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(guó)內(nèi)外研究水樹生長(zhǎng)機(jī)理的理論及觀點(diǎn)很多，得到廣泛認(rèn)同的主要有：應(yīng)力作用、化學(xué)勢(shì)作用等。但無(wú)論是那種機(jī)理，水樹生長(zhǎng)的方向都是沿電纜徑向發(fā)展的。且本次試驗(yàn)的電纜是新安裝電纜，并不存在長(zhǎng)期吸潮的問(wèn)題。即使端部進(jìn)水，時(shí)間也僅有幾天，電纜并沒(méi)有投人運(yùn)行，因此不會(huì)發(fā)展為水樹。當(dāng)然也更不會(huì)形成電樹放電。

放電的真正原因如下：電纜端部進(jìn)水后，由于工作人員沒(méi)有進(jìn)行烘干處理，絕緣各層之間殘留有不少水分。在電纜穿人配電柜固定后及制作電纜過(guò)程中，端頭始終下垂，水分倒流積聚在端部，在部分位置形成連續(xù)的水膜。水為強(qiáng)極性介質(zhì)，直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，在外電場(chǎng)作用下含水的電纜絕緣各層界面電場(chǎng)分布嚴(yán)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。結(jié)果就是在直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，A相泄漏電流隨電壓升高迅速增大，且強(qiáng)烈的放電導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程中泄漏電流大幅擺動(dòng)。由于試驗(yàn)時(shí)外施電壓較高、時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致這種沿面放電能量較高，使熱縮外護(hù)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。

圖5處的樹枝狀放電原因與上面分析基本相同，也是沿面放電引起的，因?yàn)槎祟^更容易積聚水分，且電場(chǎng)分布更不均勻。至于端頭絕緣表面那道橫向的深溝，是由于工作人員制作電纜頭時(shí)剝切電纜不小心劃傷了絕緣，沒(méi)有嚴(yán)格按要求重新剝切電纜，積聚大量的水分后放電嚴(yán)重而損傷的。

C相絕緣在試驗(yàn)中開始正常，在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中泄漏電流突然增大，是由于進(jìn)水不多。耐壓試驗(yàn)到一定時(shí)間后，某處積聚一定量的水分后引起沿面放電，導(dǎo)致泄漏電流急劇增大并大幅度擺動(dòng)。

3 故障處理

由于進(jìn)水嚴(yán)重，決定把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(hù)層，把水分控干、干燥后再重新制作電纜頭。圖6為經(jīng)過(guò)一天控水后，剝開的電纜外護(hù)層內(nèi)部積聚的水分，表明內(nèi)部進(jìn)水很嚴(yán)重。繼續(xù)控水一天，考慮電纜長(zhǎng)度余量足夠又截掉了一米，沖洗剝切電纜頭。為慎重起見(jiàn)，剝切電纜后制作熱縮頭前，電纜頭裸露情況下進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)量、泄漏電流測(cè)量和直流耐壓試驗(yàn)，基本合格后，才重新制作了熱縮頭。完畢后再次試驗(yàn)，上述試驗(yàn)項(xiàng)目均合格。

試驗(yàn)日期為2011-8-20，溫度25T，相對(duì)濕度68%。試驗(yàn)時(shí)室外陰天有零星小雨，電纜另一頭在室外露天放置。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，A相、C相泄漏電流值還是偏大一些，且各相在耐壓試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（3min），泄漏電流均達(dá)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(yàn)可以認(rèn)為合格，但在運(yùn)行中應(yīng)注意多觀察、巡視^

4 建議及討論

4.1 電纜敷設(shè)

敷設(shè)各種電纜應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝和規(guī)范要求，在敷設(shè)完成后可靠密封電纜端頭，以免進(jìn)水或受潮。本次故障主要原因就是施工人員技術(shù)水平和規(guī)范操作的意識(shí)較差，認(rèn)識(shí)不到電纜頭密封的重要性，在下雨后又沒(méi)有及時(shí)采取補(bǔ)救措施，才導(dǎo)致電纜端頭進(jìn)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)提高責(zé)任心和規(guī)范意識(shí)，在明知電纜進(jìn)水情況下，沒(méi)有采取切實(shí)的除潮、除水措施，僅僅鋸掉兩米電纜就盲目地認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題，匆忙制作電纜頭，結(jié)果導(dǎo)致電纜頭試驗(yàn)不合格，既耽誤了時(shí)間也浪費(fèi)了人力和物力。

4.3 交聯(lián)電纜試驗(yàn)

XLPE電纜交接或預(yù)防試驗(yàn)的直流耐壓試驗(yàn)項(xiàng)目一直存在較大爭(zhēng)議，由于XLPE絕緣的特殊性質(zhì)，多數(shù)研究人員認(rèn)為進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)可能是不適合的。

這種觀點(diǎn)主要有：

（1）由于×LPE絕緣的積累效應(yīng)，直流耐壓試驗(yàn)后絕緣中將殘余一定的直流電壓，大大增加了電纜投運(yùn)后擊穿的可能。

（2）長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)×LPE絕緣中逐步形成水樹枝、電樹枝，使絕緣老化，并伴隨著整流效應(yīng)。這種效應(yīng)使直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，在樹枝端頭積聚的電荷難以消散，進(jìn)而加劇電纜樹枝化。

（3）XLPE絕緣電阻很高，直流耐壓時(shí)所注人的電子不易散逸，引起電纜中電場(chǎng)發(fā)生畸變，因而更易被擊穿。

（4）直流電壓分布與實(shí)際運(yùn)行電壓不同，直流試驗(yàn)合格的電纜，投運(yùn)后在正常工作電壓下也可能發(fā)生絕緣故障。

相反的觀點(diǎn)則認(rèn)為：直流試驗(yàn)所需儀器輕便、容量小，接線和操作簡(jiǎn)單，造價(jià)低，非常適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)力一般的電建、檢修或運(yùn)行單位采用。

正因?yàn)榇耍芏嘁?guī)程并沒(méi)用嚴(yán)格禁止采用直流耐壓試驗(yàn)，而是有條件地規(guī)定了使用范圍。有的運(yùn)行單位將XLPE電纜的直流耐壓試驗(yàn)從常規(guī)性預(yù)防性或交接試驗(yàn)改為鑒定性試驗(yàn)，即當(dāng)其他預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)問(wèn)題而又無(wú)法判斷電纜能否投運(yùn)時(shí)，才進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，10kV電纜線路的故障涉及方方面面的原因，其中氣候、外力和管理因素是配網(wǎng)故障停電的主要原因，管理人員需要不斷提高重視程度，加強(qiáng)管理，防范措施合理到位，在出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)采取有效的檢測(cè)方法，結(jié)合合理有效的處理措施進(jìn)行處理，才能有效地減少事故，確保供電安全。

參考文獻(xiàn)：

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