交聯電纜故障分析

1 開展電纜故障分析的意義

近年來，隨著電網的迅猛發展，交聯電纜越來越多的應用到城市電網中。伴隨著電纜線路的日趨龐大，一個很嚴峻的問題正日益明顯的暴露出來—電纜線路故障。一方面，電纜廠家的技術能力和生產水平參差不齊，致使電纜產品良莠不齊；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品質量的問題；此外，由于線路維護措施不當、施工管理過程監控不嚴、外力損壞等方面也將導致電纜線路的運行狀態**。因此，做好電纜故障的調查分析，做好故障的反措工作便成為擺在所有電力系統企業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節中，存在著一定的粗放性管理，加之當時的技術水平限制，致使在出現事故后，僅依靠會議討論來判斷問題成因，沒有合理有效的技術手段。這也就形成了設備質量管理過程中，出現分界、交接、傳遞的責任不清。

由此可見，在供電系統開展電纜的故障分析工作是具有重要意義的。**方面，電纜專業基于其本身的特殊性，無論從運行還是施工以及其本身的結構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任劃定的過程，通過明確責任，才能著實有效的對責任單位進行整改，從而使責任單位不斷完善自身的工作；第三方面，在電力企業，從發現問題、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    運行擊穿    電纜線路背景     線路長度5.4km，兩端為GIS終端，運行時間7年半     故障接頭性質    直通接頭，材質為三元乙丙橡膠
2.1.2所做的試驗分析工作及結果
故障發生后，主要進行了三個方面的工作：
★ 對故障接頭的施工記錄進行查閱，對故障接頭進行解剖檢測，結果表明接頭的施工工藝沒有問題；
★ 委托電纜權威檢測機構對接頭和電纜進行常規試驗檢測，結果為：對電纜進行的8個項目及對接頭的4個項目的試驗結果符合國標要求。
★ 試研院對故障電纜接頭進行了大量的切片顯微鏡檢測，檢測結果不符合要求。具體為：1、在接頭絕緣層中發現長約7mm的雜質；2、在接頭半導電層中發現顆粒狀物質；3、接頭絕緣層與半導電層交接面凹凸不平，存在大量突起**。
 絕緣層與半導電層的交接面凸凹不平，突起長度為10-50μm（放大100倍)（說明：檢測中發現絕緣層與半導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，可以發現此故障接頭的絕緣層與半導電層的交接面異常粗糙。） 
 2.1.3 故障分析結論
根據《GB/T 11017.3－2002 》第6.4.2條中規定：橡膠應力錐及預制橡膠絕緣件應無氣泡、燒焦物及其他有害雜質，內外表面應光滑，無傷痕、裂痕、突起物。絕緣與半導電的界面應結合良好，無裂紋和剝離現象，半導電屏蔽內應無有害雜質。
經過以上對故障接頭所進行的背景資料調查和試驗檢測情況，該故障原因可以總結為：
★ 在接頭絕緣層中含有雜質，將會造成雜質處絕緣的電場局部集中，引發局部放電，*終導致絕緣擊穿。由于在電纜接頭絕緣層中發現了長達7mm的雜質，因此接頭絕緣中含有雜質可能是造成擊穿事故的原因；
★ 在電纜接頭的半導電層中含有雜質，將會導致半導電其性能指標下降；而絕緣層和半導電層的交接面不平整，相當于形成大量突起**，在**處形成高場強、引發局部放電而導致絕緣損傷。本次故障接頭的半導電層中含有大量的顆粒狀物質，同時發現絕緣層與半導電層的交接界面凸凹不平，形成的突起*高達50μm。考慮以上兩方面因素，半導電層中含有雜質和交接界
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電層中含有雜質、電纜接頭絕緣層與半導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行常規結構材料檢測，結果未發現問題。
★ 對線路過電壓情況進行測試，測試結果表明系統過電壓水平不高，不是造成擊穿的原因。
★ 對接頭廠家的生產及質量控制標準進行核查，結果表明廠家在中對微孔、雜質及突起的要求遠低于國標要求。
★ 對故障接頭的新品進行外觀檢測，發現在全新預制件內電極外表面存在兩個環形、兩個縱向研磨面，表面較為粗糙，而檢測所發現的電樹約有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     運行擊穿  電纜線路背景   故障電纜為變壓器到開關的聯絡電纜   故障電纜性質   單芯電纜，型號為 ZRC-YJSV 1×1200mm2 26/35kV 
2.2.2所做的試驗分析工作及結果
故障發生后，我院主要進行了三個方面的工作包括以下幾個方面：
★將擊穿點附近約2m的電纜進行解剖檢測，解剖詳細結果如下表所示： 
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，表現為接地銅端子嚴重過火，經現場勘察和對運行現狀對了解，導致此結果的原因為電纜運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電流所致。擊穿點處的PVC護套已經大部分炭化，擊穿孔外徑45mm。去除PVC外護套露出銅屏蔽層：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（圈內部分）。 銅帶屏蔽破損點（放大）：屏蔽銅帶僅有1處破損點，為Φ＝4mm的向內凹痕（向絕緣層凹陷），無明顯放電痕跡，應為機械力所致損壞。 
銅絲屏蔽斷點：銅絲屏蔽有一根銅絲開斷（圈內所示，下圖為放大），斷面齊整無熔點，為機械性損壞。故障電纜本體內部：在故障段內部有長約100mm的交聯聚乙烯熔化，形成空洞，存在大面積碳化，懷疑是火熔所致。 
★ 將擊穿點兩側分別到變壓器側和開關側的電纜進行電氣試驗。試驗結果符合標準要求。
2.2.3 故障分析結論
經過以上檢測分析和相關調查分析工作，關于本次35kV電纜事故形成以下基本結論：
1、經過對故障電纜接地端子的檢測以及對運行現狀的調查，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電流，造成其發熱；
2、解剖結果表明，擊穿點附近銅絲屏蔽有一根銅絲開斷，斷面齊整無熔點，為機械性損壞；銅帶屏蔽層上的1處破損點為向內凹痕（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損壞。
2.3  1kV交聯聚乙烯電纜 型號 ZRC—YJV22—0.6/1kV—4×240mm2
2.3.1 所做的試驗分析工作及結果
故障發生后，主要進行了兩方面的試驗分析工作，分別為電纜的常規實驗檢測和電纜的整體解剖檢測。試驗結果如下列表格和圖片說明：
2.3.1.1 故障交聯電纜常規試驗檢測結果
試品絕緣電阻及直流耐壓試驗中： 檢測結果符合標準要求，未見短路和擊穿現象。 電纜常規三項檢測中： 結構尺寸檢查項目中內護套材料不符合要求； 絕緣熱延伸結果不符合要求； 導體直流電阻試驗結果不符合要求； 試品外觀檢測中： 電纜外護套存在多出破損； 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 故障交聯電纜解剖分析結果 
外護套（整體照片）：護套燒損孔背側部分存在明顯的繩索勒痕。 外護套（破損點放大）：外護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、藍相絕緣均已燒損，紅相絕緣完好。 電纜線芯（藍相）：藍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故障分析結論
對故障電纜外護套、鋼鎧、電纜線芯及絕緣進行了解剖檢測，結果為：1、外護套燒損部分存在明顯的繩索勒痕，外護套擊穿部位的開裂處與繩索勒痕完全吻合；2、鋼鎧擊穿孔外側部分存在勒壓所致的凹溝；3、藍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檢查，發現其結構尺寸檢查實驗、絕緣熱延伸實驗、導體直流電阻試驗結果均不符合要求，即該電纜的基本參數性能不滿足國家標準規定的*低合格指標，也是導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行故障中，運行電纜線路故障中，故障情況是多方面的。包括以下幾個方面：
★產品質量控制不嚴格。可能是受產品供貨期等客觀因素的影響，廠家并沒有保證每批次的產品都嚴格按照生產控制流程和質量檢驗流程的要求生產，致使在某些電纜或附件產品中存在如微孔、雜質、氣泡等超標類缺陷，在運行一段時間后，缺陷更加劣化，從而*終導致發生事故。
★產品材料實際性能不滿足原設計參數指標。產品在生產的過程中，可能由于工藝控制或材料配比不當等原因，而導致產品材料的實際性能不滿足原設計參數指標，這種問題不易被發現，但如果出現此類問題往往會導致整批產品存在缺陷，必須引起注意。 ★電纜外力破壞導致電纜故障，一直是困擾電纜運行部門的一大難題。除此之外，由于單芯電纜兩端接地、電纜鋪設過程造成電纜受損、不同路電纜重疊鋪設、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、產品安裝工藝不合理等諸方面的因素，也都將導致電纜線路發生故障。
4 小結
基于以上對電纜線路故障的原因分析，針對目前國內電纜行業的運行事故呈上升的趨勢，作為電力用戶必須加強對電纜線路的管理，特提出以下建議：
★ 加強對電纜產品的入網檢測力度。只有對入網產品定期（不定期）進行抽檢，加強對產品出廠資料的審核控制，才能有效的嚴把質量關，杜絕不合格電纜產品進入電網。
★ 加強電纜事故的分析總結工作。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的事故進行分析總結，積累經驗，制定好相應的預防改進性措施，防止類似問題的出現。
★ 加強電纜施工管理。目前電纜施工環節中，存在這一定為趕進度而輕質量的行為。這一點在老舊電纜線路改造中需尤其注意，防止出現在消除隱患的過程中增加了新的隱患。
★ 加強電纜線路運行維護工作。作為運行部門，需加強電纜線路的驗收和竣工試驗工作。**對電纜運行線路的各個狀態（局方、溫度、井蓋等）進行監控，做到及早發現問題，及時消除隱患，保障電纜線路的**穩定運行。