電纜絕緣故障及解決方法

金毅

（廣東電網(wǎng)惠州惠城供電局生產(chǎn)計(jì)劃部配網(wǎng)綜合班，廣東 惠州 516001）

對(duì)于電纜絕緣而言，是評(píng)定電纜質(zhì)量的重要參數(shù)，結(jié)合電力系統(tǒng)中不同工作器件的用電特性，電線電纜的生產(chǎn)制造需要滿足一定的絕緣性，保證生產(chǎn)中絕緣性能可靠的因素主要有：絕緣偏心、絕緣系統(tǒng)伸率小、粘附力過(guò)大或過(guò)小等。并且隨著時(shí)間逐漸推移，這些工作在自然環(huán)境中的電纜材料會(huì)因受到自然界多種不可抗力因素影響而使得絕緣性能降低，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致觸電事故發(fā)生。減少和避免電纜絕緣故障能夠幫助企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，使其能夠保證電力系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行，所以提高電纜絕緣性已經(jīng)成為行業(yè)工程師一直都在思考的主要問(wèn)題。

一、分析故障誘發(fā)原因

（一）分析線路故障問(wèn)題

首先電纜在進(jìn)行工作的過(guò)程中，由于電纜自身和電力系統(tǒng)的質(zhì)量等問(wèn)題，在不同線路的電纜同時(shí)出現(xiàn)故障的情況下，主變電站將會(huì)面臨著級(jí)間切換。造成這種問(wèn)題的原因主要是，如果同時(shí)發(fā)生故障，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間將被延遲，保護(hù)電流將不會(huì)及時(shí)傳輸至分級(jí)的供電裝置，主變電站將跳閘。其次過(guò)流保護(hù)器不敏感。電纜在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，如果傳輸電流值比電纜端子位置的保護(hù)電流參數(shù)大的情況下，那么復(fù)雜電流將會(huì)超出電纜規(guī)定的承受范圍，這樣將會(huì)對(duì)保護(hù)器的靈敏度帶來(lái)不同程度的影響。

（二）分析環(huán)境引發(fā)的故障問(wèn)題

自然環(huán)境中，如果出現(xiàn)下雨，電纜長(zhǎng)時(shí)間在雨水和黏土浸泡的情況下，將會(huì)對(duì)電纜外部的絕緣層產(chǎn)生一定的侵蝕，如果沒(méi)有對(duì)這個(gè)問(wèn)題及時(shí)地進(jìn)行解決，那么可能會(huì)導(dǎo)致電纜受到污染，進(jìn)而出現(xiàn)閃爍等問(wèn)題。在雷電感應(yīng)環(huán)境下，電纜故障的主要原因是直接擊中造成的感應(yīng)電流。從施工環(huán)境來(lái)看，主要的故障原因是電纜安裝以及運(yùn)輸。例如，在電纜運(yùn)輸?shù)碾A段，可能會(huì)損壞外部保護(hù)層的情況。在此之外，電纜進(jìn)行安裝的過(guò)程中，沒(méi)有根據(jù)電纜的工作特性執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試操作，那么就會(huì)導(dǎo)致電纜出現(xiàn)渦流等問(wèn)題。

二、分析故障問(wèn)題

對(duì)于電力電纜而言，在進(jìn)行制造和運(yùn)輸以及安裝、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)機(jī)械方面的作用和熱作用，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)作用化學(xué)腐蝕等，導(dǎo)致電纜出現(xiàn)絕緣損壞問(wèn)題，并且直接影響到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，甚至還會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的日常生活。

（一）分析老化故障問(wèn)題

一是熱老化。熱老化定義成為溫度作用下絕緣材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂解和水解等方面的變化，導(dǎo)致其材料的絕緣性能逐漸下降或者是失去的一個(gè)過(guò)程。熱老化導(dǎo)致絕緣材料的電氣性能和機(jī)械性能降低，減少絕緣壽命，同時(shí)絕緣材料的抗拉強(qiáng)度、彈性、強(qiáng)度、韌性等機(jī)械特征明顯降低。當(dāng)交聯(lián)聚乙烯拉伸率下降到百分之一百時(shí)，材料壽命結(jié)束。此外局部放電和電能損耗會(huì)出現(xiàn)較大的熱量，這也是出現(xiàn)熱老化的主要原因。二是分析機(jī)械老化。固體絕緣系統(tǒng)處于制造和安設(shè)以及運(yùn)轉(zhuǎn)中，被各種類(lèi)型的機(jī)械應(yīng)力作用，所出現(xiàn)的老化便稱之為機(jī)械老化，這種類(lèi)型的老化需要一個(gè)造成絕緣材料機(jī)械微缺陷的外力或壓力，這些外力或壓力在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的作用下，導(dǎo)致小缺陷形成一個(gè)破裂并慢慢變大，一直到產(chǎn)生局部放電這類(lèi)絕緣性能被完全破壞的現(xiàn)象，這類(lèi)絕緣破壞的形式同時(shí)被稱為：電——機(jī)械擊穿。三是分析電老化。對(duì)于電老化而言，表示絕緣系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的絕緣性能下降情況，其中包括由于絕緣擊穿放電引起的化學(xué)和物力反應(yīng)。絕緣材料在強(qiáng)電場(chǎng)下的電阻性能一般利用它的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)表征，本征擊穿強(qiáng)度指的是絕緣材料的理想擊穿場(chǎng)強(qiáng)，但實(shí)際上受雜質(zhì)混入、厚度效應(yīng)、生產(chǎn)中產(chǎn)生的氣泡厚度效應(yīng)、材料的絕緣擊穿強(qiáng)度比本征擊穿強(qiáng)度小很多。四是分析光老化。長(zhǎng)時(shí)間在室外的條件下進(jìn)行工作，絕緣材料通過(guò)氧和光的綜合影響，從而出現(xiàn)氧化導(dǎo)致絕緣性能降低的現(xiàn)象稱為光老化。五是分析臭氧老化。絕緣材料是存在對(duì)臭氧敏感的特性，絕緣材料和自然界存在的抽樣出現(xiàn)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生的老化稱為臭氧老化。六是分析生物老化。在一些潮濕的環(huán)境中，微生物在絕緣材料中大量進(jìn)行繁殖，導(dǎo)致出現(xiàn)的損壞稱之為生物老化。七是分析高能輻射老化。絕緣材料受到X射線、α 以及β 和γ 射線等產(chǎn)生的敷設(shè)老化，進(jìn)而對(duì)其日后的使用帶來(lái)直接影響。

（二）分析生產(chǎn)中的絕緣問(wèn)題

一是外觀不光滑。可能導(dǎo)致的因素主要是外觀外皮絕緣質(zhì)量存在問(wèn)題，擠出溫度較低以及生產(chǎn)線速度太高、模套清理不徹底或安裝不規(guī)范；冷卻過(guò)度；絕緣單線在滑槽中的位置不正確；絕緣單線在通道中擦傷。二是絕緣偏心。擠出機(jī)和冷卻水槽線偏差，絕緣線第一節(jié)水槽中出現(xiàn)抖動(dòng)，機(jī)頭或者是模具清理并不徹底。模具安裝不正確；模套尺寸過(guò)大或過(guò)??；絕緣單線在第一個(gè)牽引輪處沒(méi)有完全冷卻；絕緣單線跳出導(dǎo)管或滑輪；發(fā)泡層發(fā)泡過(guò)度。三是絕緣層伸率比較小。預(yù)熱的溫度比較低，色母料配比存在不正確，熱水槽水文比較低，發(fā)泡層的發(fā)泡出現(xiàn)過(guò)度。四是絕緣層粘附力。絕緣層與導(dǎo)體間粘附力差；絕緣層與導(dǎo)體間粘附力過(guò)大。五是絕緣結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)緣外徑存在不穩(wěn)定，發(fā)泡層泡發(fā)過(guò)度。

三、分析電纜故障查找方法

（一）分析故障分量法

對(duì)于故障分量而言，分為靜態(tài)分量法和暫態(tài)分量法，前者主要是對(duì)故障進(jìn)行靜態(tài)分量，決定電纜線路的選擇情況，在一切的穩(wěn)態(tài)分量中，零序電流是比較常見(jiàn)的，如果存在故障問(wèn)題，零序電流幅度將會(huì)隨之增加，這與正常電纜線路的方向相反，并且其有效分量比后者高出很多。基于此，以簡(jiǎn)單的操作選擇故障線時(shí)，能夠使用有效分量、方向以及幅度。暫態(tài)的接地電流是瞬態(tài)電容電流和瞬感應(yīng)電流兩者的疊加，在暫態(tài)開(kāi)始時(shí)，會(huì)對(duì)瞬態(tài)接地電流的特性產(chǎn)生很大影響，因此對(duì)故障查找的過(guò)程中，可以通過(guò)結(jié)合瞬變分量幅度和方向?qū)ζ溥M(jìn)行故障判斷。

（二）分析小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

對(duì)于這種方法而言，存在著較為強(qiáng)大的容錯(cuò)能力和提取故障特點(diǎn)能力，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法原理便是在故障問(wèn)題設(shè)置故障條件，收集系統(tǒng)總線和故障的零序電流，將其作為樣本進(jìn)行相應(yīng)處理，輸入網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)故障信號(hào)的小波包值計(jì)算故障位置。另外，通過(guò)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波包相結(jié)合構(gòu)造小波前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中獲得小波包神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的距離測(cè)量值。

四、分析電纜絕緣問(wèn)題解決措施

（一）絕緣老化故障解決措施

避免電纜絕緣老化主要可以從安裝和使用方面進(jìn)行入手分析，主要包括電線穿管敷設(shè)、電線截面積需要結(jié)合負(fù)載電流進(jìn)行選擇，同時(shí)要讓電線長(zhǎng)期負(fù)載工作；合理選擇開(kāi)關(guān)；使用中避免電線鋪設(shè)在高溫地方；盡量避免電線在潮濕環(huán)境下工作。

（二）外觀不光滑故障解決措施

通過(guò)對(duì)擠出材料、穩(wěn)定和生產(chǎn)速度以及模型等綜合因素，科學(xué)調(diào)控和控制產(chǎn)品的外觀，具體可以進(jìn)行以下方面的操作：現(xiàn)場(chǎng)工藝技術(shù)人員檢查絕緣材料有無(wú)質(zhì)量問(wèn)題；提高外皮擠出機(jī)加熱溫度；按規(guī)定的線速度生產(chǎn)；調(diào)整滑槽位置；檢查單線通道，消除不良影響。

（三）分析絕緣偏心故障解決措施

精確調(diào)整熱水槽的位置，檢查排除導(dǎo)體和水槽等影響因素，停機(jī)拆除機(jī)頭和模具，并且徹底進(jìn)行清理，完成拆除之后還需要重新進(jìn)行安裝，檢查確認(rèn)模具規(guī)格；調(diào)整冷卻水流量及冷卻水與線芯位置；檢查復(fù)位；檢查發(fā)泡度。

（四）分析絕緣層伸縮率小的故障解決措施

要提高導(dǎo)體預(yù)熱系數(shù)，檢查色母配料表，不斷加強(qiáng)熱水槽水溫，檢查發(fā)泡層是否發(fā)泡過(guò)度。

（五）分析絕緣層粘附力故障解決措施

粘附力比較差，是需要提高導(dǎo)體的預(yù)熱溫度，如果粘附力出現(xiàn)了過(guò)大，那么需要降低導(dǎo)體預(yù)熱溫度。

（六）分析絕緣結(jié)構(gòu)尺寸故障解決措施

重視注氮壓力是否穩(wěn)定，檢查擠出機(jī)擠出是否穩(wěn)定，檢查并且調(diào)整注氮的壓力，在實(shí)際上，電纜絕緣生產(chǎn)中每個(gè)步驟都會(huì)影響到電纜質(zhì)量，比如工藝參數(shù)設(shè)定和材料準(zhǔn)備以及模具安裝、穿線操作等等。同時(shí)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中要隨時(shí)觀察火花儀檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)有火花擊穿現(xiàn)象，應(yīng)向檢驗(yàn)人員說(shuō)明，在流水卡上做好信息傳遞，并在生產(chǎn)記錄上注明盤(pán)號(hào)、火花點(diǎn)所在長(zhǎng)度及數(shù)量。

（七）分析分布式溫度檢測(cè)方法

對(duì)于該檢測(cè)系統(tǒng)而言，包括了三個(gè)組成內(nèi)容，一是傳感器；二是溫度采集模塊；三是計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)是通過(guò)轉(zhuǎn)換模塊的電纜連接到每個(gè)溫度采集模塊中，溫度信息通過(guò)在整個(gè)溫度采集模塊中的傳感器進(jìn)行收集，并由計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行。它利用485 總線傳送到計(jì)算機(jī)上，讀取、處理并顯示相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各電纜的溫度情況，在電纜出現(xiàn)故障前警報(bào)，并且當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以快速檢測(cè)到故障的位置。

（八）分析局部放電檢測(cè)方法

電纜絕緣狀態(tài)和局部放電量存在密切聯(lián)系，局部放電的變化也是表面了電纜絕緣性能不理想，這樣會(huì)損壞電纜的使用壽命。因此準(zhǔn)確的測(cè)量電纜的局部放電情況，是確定電纜絕緣質(zhì)量最為有效和理想的方法，局部放電測(cè)試是評(píng)估絕緣電纜絕緣狀態(tài)的最優(yōu)方法。

（九）分析絕緣介損的方法

測(cè)量介電損耗的方法可以對(duì)電纜的絕緣情況進(jìn)行檢測(cè)，這點(diǎn)和在線監(jiān)測(cè)所有電容性設(shè)備的介電損耗方法是相同的，一般情況下介電損耗值能直接反映出常見(jiàn)的缺陷，單個(gè)且集中程度更高的缺陷，不會(huì)導(dǎo)致電纜上測(cè)得的介電損耗值發(fā)生明顯變化。

總結(jié)：總而言之，電纜是作為電力行業(yè)主要的一個(gè)組成內(nèi)容，在實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，依然存在相對(duì)較多的故障問(wèn)題，例如絕緣故障問(wèn)題，該故障問(wèn)題的出現(xiàn)不僅會(huì)導(dǎo)致電纜的整體運(yùn)行受到影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)電力行業(yè)的整體發(fā)展帶來(lái)較大的限制，因此在實(shí)際運(yùn)行中，相關(guān)人員要提高故障的解決措施，保證電力電纜的整體運(yùn)行水平，為電力行業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展提供出相應(yīng)的保障。