交聯(lián)電纜故障分析

1 開展電纜故障分析的意義

近年來，隨著電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，交聯(lián)電纜越來越多的應(yīng)用到城市電網(wǎng)中。伴隨著電纜線路的日趨龐大，一個很嚴(yán)峻的問題正日益明顯的暴露出來—電纜線路故障。一方面，電纜廠家的技術(shù)能力和生產(chǎn)水平參差不齊，致使電纜產(chǎn)品良莠不齊；另一方面，由于電纜原材料價格的提升，也致使一些廠家因盲目追求利益而降低產(chǎn)品質(zhì)量的問題；此外，由于線路維護(hù)措施不當(dāng)、施工管理過程監(jiān)控不嚴(yán)、外力損壞等方面也將導(dǎo)致電纜線路的運(yùn)行狀態(tài)**。因此，做好電纜故障的調(diào)查分析，做好故障的反措工作便成為擺在所有電力系統(tǒng)企業(yè)一個迫在眉睫的工作，特別是面對110kV以上的高壓電纜線路。

此外，在原有的事故處理環(huán)節(jié)中，存在著一定的粗放性管理，加之當(dāng)時的技術(shù)水平限制，致使在出現(xiàn)事故后，僅依靠會議討論來判斷問題成因，沒有合理有效的技術(shù)手段。這也就形成了設(shè)備質(zhì)量管理過程中，出現(xiàn)分界、交接、傳遞的責(zé)任不清。

由此可見，在供電系統(tǒng)開展電纜的故障分析工作是具有重要意義的。**方面，電纜專業(yè)基于其本身的特殊性，無論從運(yùn)行還是施工以及其本身的結(jié)構(gòu)上來看都存在很大的隱蔽性，刨除外力因素，大部分電纜故障一般均不能明顯的判別故障原因，因此需要對其加以分析；**方面，電纜的故障分析工作本身是一個責(zé)任劃定的過程，通過明確責(zé)任，才能著實(shí)有效的對責(zé)任單位進(jìn)行整改，從而使責(zé)任單位不斷完善自身的工作；第三方面，在電力企業(yè)，從發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的完整處理過程中，*終的解決問題并不僅是將故障處理完畢。鋪設(shè)新的電纜或更換新的電纜接頭只是解決問題的**步，更重要的，是通過事故本身引發(fā)的問題，需要舉一反三，在政策上、管理上、流程上逐步形成一套完整的反事故措施，從而指導(dǎo)各基層單位開展好此類型
的工作。  

2 電纜故障案例分析

2.1 110kV電纜中間接頭故障（三元乙丙橡膠中間接頭）

2.1.1 故障情況背景簡介：

故障性質(zhì)    運(yùn)行擊穿    電纜線路背景     線路長度5.4km，兩端為GIS終端，運(yùn)行時間7年半     故障接頭性質(zhì)    直通接頭，材質(zhì)為三元乙丙橡膠
2.1.2所做的試驗(yàn)分析工作及結(jié)果
故障發(fā)生后，主要進(jìn)行了三個方面的工作：
★ 對故障接頭的施工記錄進(jìn)行查閱，對故障接頭進(jìn)行解剖檢測，結(jié)果表明接頭的施工工藝沒有問題；
★ 委托電纜權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)對接頭和電纜進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)檢測，結(jié)果為：對電纜進(jìn)行的8個項(xiàng)目及對接頭的4個項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果符合國標(biāo)要求。
★ 試研院對故障電纜接頭進(jìn)行了大量的切片顯微鏡檢測，檢測結(jié)果不符合要求。具體為：1、在接頭絕緣層中發(fā)現(xiàn)長約7mm的雜質(zhì)；2、在接頭半導(dǎo)電層中發(fā)現(xiàn)顆粒狀物質(zhì)；3、接頭絕緣層與半導(dǎo)電層交接面凹凸不平，存在大量突起**。
 絕緣層與半導(dǎo)電層的交接面凸凹不平，突起長度為10-50μm（放大100倍)（說明：檢測中發(fā)現(xiàn)絕緣層與半導(dǎo)電層的交接面凸凹不平，測量到的*大突起為50μm，與同電壓等級的電纜接頭作對比，可以發(fā)現(xiàn)此故障接頭的絕緣層與半導(dǎo)電層的交接面異常粗糙。） 
 2.1.3 故障分析結(jié)論
根據(jù)《GB/T 11017.3－2002 》第6.4.2條中規(guī)定：橡膠應(yīng)力錐及預(yù)制橡膠絕緣件應(yīng)無氣泡、燒焦物及其他有害雜質(zhì)，內(nèi)外表面應(yīng)光滑，無傷痕、裂痕、突起物。絕緣與半導(dǎo)電的界面應(yīng)結(jié)合良好，無裂紋和剝離現(xiàn)象，半導(dǎo)電屏蔽內(nèi)應(yīng)無有害雜質(zhì)。
經(jīng)過以上對故障接頭所進(jìn)行的背景資料調(diào)查和試驗(yàn)檢測情況，該故障原因可以總結(jié)為：
★ 在接頭絕緣層中含有雜質(zhì)，將會造成雜質(zhì)處絕緣的電場局部集中，引發(fā)局部放電，*終導(dǎo)致絕緣擊穿。由于在電纜接頭絕緣層中發(fā)現(xiàn)了長達(dá)7mm的雜質(zhì)，因此接頭絕緣中含有雜質(zhì)可能是造成擊穿事故的原因；
★ 在電纜接頭的半導(dǎo)電層中含有雜質(zhì)，將會導(dǎo)致半導(dǎo)電其性能指標(biāo)下降；而絕緣層和半導(dǎo)電層的交接面不平整，相當(dāng)于形成大量突起**，在**處形成高場強(qiáng)、引發(fā)局部放電而導(dǎo)致絕緣損傷。本次故障接頭的半導(dǎo)電層中含有大量的顆粒狀物質(zhì)，同時發(fā)現(xiàn)絕緣層與半導(dǎo)電層的交接界面凸凹不平，形成的突起*高達(dá)50μm?？紤]以上兩方面因素，半導(dǎo)電層中含有雜質(zhì)和交接界
面上存在突起而造成接頭擊穿的可能性不能排除。
綜上所述，電纜接頭絕緣層及半導(dǎo)電層中含有雜質(zhì)、電纜接頭絕緣層與半導(dǎo)電層界面存在突起是造成本次事故的原因。
★ 對故障線路電纜和故障接頭進(jìn)行常規(guī)結(jié)構(gòu)材料檢測，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)問題。
★ 對線路過電壓情況進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明系統(tǒng)過電壓水平不高，不是造成擊穿的原因。
★ 對接頭廠家的生產(chǎn)及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核查，結(jié)果表明廠家在中對微孔、雜質(zhì)及突起的要求遠(yuǎn)低于國標(biāo)要求。
★ 對故障接頭的新品進(jìn)行外觀檢測，發(fā)現(xiàn)在全新預(yù)制件內(nèi)電極外表面存在兩個環(huán)形、兩個縱向研磨面，表面較為粗糙，而檢測所發(fā)現(xiàn)的電樹約有90.3%的電樹是生長在合模縫打磨面上。

2.2 35kV單芯電纜（電纜本體）

2.2.1 故障情況背景簡介

故障性質(zhì)     運(yùn)行擊穿  電纜線路背景   故障電纜為變壓器到開關(guān)的聯(lián)絡(luò)電纜   故障電纜性質(zhì)   單芯電纜，型號為 ZRC-YJSV 1×1200mm2 26/35kV 
2.2.2所做的試驗(yàn)分析工作及結(jié)果
故障發(fā)生后，我院主要進(jìn)行了三個方面的工作包括以下幾個方面：
★將擊穿點(diǎn)附近約2m的電纜進(jìn)行解剖檢測，解剖詳細(xì)結(jié)果如下表所示： 
電纜終端接線端子為銀白色，而故障電纜接地銅端子程暗黑色，表現(xiàn)為接地銅端子嚴(yán)重過火，經(jīng)現(xiàn)場勘察和對運(yùn)行現(xiàn)狀對了解，導(dǎo)致此結(jié)果的原因?yàn)殡娎|運(yùn)行時采用兩端接地方式，電纜接地線長期通過金屬屏蔽感應(yīng)電流所致。擊穿點(diǎn)處的PVC護(hù)套已經(jīng)大部分炭化，擊穿孔外徑45mm。去除PVC外護(hù)套露出銅屏蔽層：擊穿孔附近呈火燒痕跡，無明顯放電跡象，部分銅絲有明顯彎曲變形，屏蔽銅帶有一處破損點(diǎn)（圈內(nèi)部分）。 銅帶屏蔽破損點(diǎn)（放大）：屏蔽銅帶僅有1處破損點(diǎn)，為Φ＝4mm的向內(nèi)凹痕（向絕緣層凹陷），無明顯放電痕跡，應(yīng)為機(jī)械力所致?lián)p壞。 
銅絲屏蔽斷點(diǎn)：銅絲屏蔽有一根銅絲開斷（圈內(nèi)所示，下圖為放大），斷面齊整無熔點(diǎn)，為機(jī)械性損壞。故障電纜本體內(nèi)部：在故障段內(nèi)部有長約100mm的交聯(lián)聚乙烯熔化，形成空洞，存在大面積碳化，懷疑是火熔所致。 
★ 將擊穿點(diǎn)兩側(cè)分別到變壓器側(cè)和開關(guān)側(cè)的電纜進(jìn)行電氣試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.2.3 故障分析結(jié)論
經(jīng)過以上檢測分析和相關(guān)調(diào)查分析工作，關(guān)于本次35kV電纜事故形成以下基本結(jié)論：
1、經(jīng)過對故障電纜接地端子的檢測以及對運(yùn)行現(xiàn)狀的調(diào)查，本次故障電纜事故前一直為兩端接地方式，金屬屏蔽層長期通過感應(yīng)電流，造成其發(fā)熱；
2、解剖結(jié)果表明，擊穿點(diǎn)附近銅絲屏蔽有一根銅絲開斷，斷面齊整無熔點(diǎn)，為機(jī)械性損壞；銅帶屏蔽層上的1處破損點(diǎn)為向內(nèi)凹痕（向絕緣層凹陷），無明顯的放電痕跡，推斷為擊穿前有外力所致?lián)p壞。
2.3  1kV交聯(lián)聚乙烯電纜 型號 ZRC—YJV22—0.6/1kV—4×240mm2
2.3.1 所做的試驗(yàn)分析工作及結(jié)果
故障發(fā)生后，主要進(jìn)行了兩方面的試驗(yàn)分析工作，分別為電纜的常規(guī)實(shí)驗(yàn)檢測和電纜的整體解剖檢測。試驗(yàn)結(jié)果如下列表格和圖片說明：
2.3.1.1 故障交聯(lián)電纜常規(guī)試驗(yàn)檢測結(jié)果
試品絕緣電阻及直流耐壓試驗(yàn)中： 檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，未見短路和擊穿現(xiàn)象。 電纜常規(guī)三項(xiàng)檢測中： 結(jié)構(gòu)尺寸檢查項(xiàng)目中內(nèi)護(hù)套材料不符合要求； 絕緣熱延伸結(jié)果不符合要求； 導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)結(jié)果不符合要求； 試品外觀檢測中： 電纜外護(hù)套存在多出破損； 破損處鋼鎧存在銹跡，其他處鋼鎧也存在多出銹跡； 
2.3.1.2 故障交聯(lián)電纜解剖分析結(jié)果 
外護(hù)套（整體照片）：護(hù)套燒損孔背側(cè)部分存在明顯的繩索勒痕。 外護(hù)套（破損點(diǎn)放大）：外護(hù)套燒損孔邊的開裂處與繩索勒痕完全吻合。  鋼鎧：鋼鎧擊穿孔外側(cè)部分存在勒壓所致的凹溝。 電纜線芯（整體照片）：電纜線芯芯故障情況如上，其中黃、綠、藍(lán)相絕緣均已燒損，紅相絕緣完好。 電纜線芯（藍(lán)相）：藍(lán)相絕緣未破損部分表面存在勒壓所致的凹痕。 電纜單芯（紅相）：紅相為非擊穿相，但絕緣表面也存在勒壓所致的凹痕。 
2.3.2故障分析結(jié)論
對故障電纜外護(hù)套、鋼鎧、電纜線芯及絕緣進(jìn)行了解剖檢測，結(jié)果為：1、外護(hù)套燒損部分存在明顯的繩索勒痕，外護(hù)套擊穿部位的開裂處與繩索勒痕完全吻合；2、鋼鎧擊穿孔外側(cè)部分存在勒壓所致的凹溝；3、藍(lán)相絕緣未破損部分表面及紅相絕緣表面均存在勒壓所致的凹痕。 
 以上檢測結(jié)果表明，此電纜曾遭受過繩索勒壓，致使勒壓處電纜變形、絕緣受損，造成本次電纜擊穿故障的直接原因是電纜受到外力損壞。此外，通過對該故障電纜的常規(guī)檢查，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)尺寸檢查實(shí)驗(yàn)、絕緣熱延伸實(shí)驗(yàn)、導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)結(jié)果均不符合要求，即該電纜的基本參數(shù)性能不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的*低合格指標(biāo)，也是導(dǎo)致本次故障的一個間接原因。
3 故障原因類型
由以上幾個近幾年發(fā)生的典型故障分析的案例可以看出，目前中高壓電纜線路中運(yùn)行故障中，運(yùn)行電纜線路故障中，故障情況是多方面的。包括以下幾個方面：
★產(chǎn)品質(zhì)量控制不嚴(yán)格。可能是受產(chǎn)品供貨期等客觀因素的影響，廠家并沒有保證每批次的產(chǎn)品都嚴(yán)格按照生產(chǎn)控制流程和質(zhì)量檢驗(yàn)流程的要求生產(chǎn)，致使在某些電纜或附件產(chǎn)品中存在如微孔、雜質(zhì)、氣泡等超標(biāo)類缺陷，在運(yùn)行一段時間后，缺陷更加劣化，從而*終導(dǎo)致發(fā)生事故。
★產(chǎn)品材料實(shí)際性能不滿足原設(shè)計參數(shù)指標(biāo)。產(chǎn)品在生產(chǎn)的過程中，可能由于工藝控制或材料配比不當(dāng)?shù)仍?，而?dǎo)致產(chǎn)品材料的實(shí)際性能不滿足原設(shè)計參數(shù)指標(biāo)，這種問題不易被發(fā)現(xiàn)，但如果出現(xiàn)此類問題往往會導(dǎo)致整批產(chǎn)品存在缺陷，必須引起注意。 ★電纜外力破壞導(dǎo)致電纜故障，一直是困擾電纜運(yùn)行部門的一大難題。除此之外，由于單芯電纜兩端接地、電纜鋪設(shè)過程造成電纜受損、不同路電纜重疊鋪設(shè)、附件安裝不滿足工藝要求等問題，都將影響電纜的正常使用壽命。
除了以上的情況之外，還包括電纜在生產(chǎn)過程中絕緣受損或受潮、電纜附件所用的附加耗材性能不合格、產(chǎn)品安裝工藝不合理等諸方面的因素，也都將導(dǎo)致電纜線路發(fā)生故障。
4 小結(jié)
基于以上對電纜線路故障的原因分析，針對目前國內(nèi)電纜行業(yè)的運(yùn)行事故呈上升的趨勢，作為電力用戶必須加強(qiáng)對電纜線路的管理，特提出以下建議：
★ 加強(qiáng)對電纜產(chǎn)品的入網(wǎng)檢測力度。只有對入網(wǎng)產(chǎn)品定期（不定期）進(jìn)行抽檢，加強(qiáng)對產(chǎn)品出廠資料的審核控制，才能有效的嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，杜絕不合格電纜產(chǎn)品進(jìn)入電網(wǎng)。
★ 加強(qiáng)電纜事故的分析總結(jié)工作。鑒于電纜事故原因的多樣性，建議對所管轄的電纜線路所出現(xiàn)的事故進(jìn)行分析總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，制定好相應(yīng)的預(yù)防改進(jìn)性措施，防止類似問題的出現(xiàn)。
★ 加強(qiáng)電纜施工管理。目前電纜施工環(huán)節(jié)中，存在這一定為趕進(jìn)度而輕質(zhì)量的行為。這一點(diǎn)在老舊電纜線路改造中需尤其注意，防止出現(xiàn)在消除隱患的過程中增加了新的隱患。
★ 加強(qiáng)電纜線路運(yùn)行維護(hù)工作。作為運(yùn)行部門，需加強(qiáng)電纜線路的驗(yàn)收和竣工試驗(yàn)工作。**對電纜運(yùn)行線路的各個狀態(tài)（局方、溫度、井蓋等）進(jìn)行監(jiān)控，做到及早發(fā)現(xiàn)問題，及時消除隱患，保障電纜線路的**穩(wěn)定運(yùn)行。