近年來，高壓電纜在我國電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。對全國主要城市一百多家電力電纜運行維護單位的電力電纜運行狀態(tài)進行調(diào)查統(tǒng)計和故障原因分析后發(fā)現(xiàn)，我國電力電纜故障率仍高出發(fā)達國家數(shù)倍。

電力電纜線路和多數(shù)電力設(shè)備一樣，投入運行初期（1—5年內(nèi)）容易發(fā)生故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和敷設(shè)安裝工藝的問題；運行中期（5—25年內(nèi)），電纜本體和附件基本進入穩(wěn)定期，線路運行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應(yīng)進潮而發(fā)生沿面放電；運行后期（25年后），電纜本體絕緣樹枝老化、電-熱老化以及附件材料老化加劇，使電力電纜運行故障率大幅上升。

1電纜故障的分類

電纜故障性質(zhì)與類別的正確識別與判斷，不僅對于故障點的快速檢出十分重要，而且便于有針對性地對各種狀態(tài)檢測技術(shù)進行優(yōu)化配置和選擇，同時也是采取有效措施防范電纜故障的基礎(chǔ)。目前電纜故障通常采用以下幾種方式進行分類。

1.1 按故障部位的分類

根據(jù)故障部位劃分，可以將電纜故障分為本體故障、接頭故障、終端頭故障、接地系統(tǒng)故障。

1）電纜本體故障

電纜本體是電纜的核心部件，也是最容易受到破壞的地方，而且由于其距離長，敷設(shè)安裝在封閉的空間，出現(xiàn)故障之后也不容易及時排除。工程實踐中，電纜的缺陷和故障很大一部分發(fā)生在電纜本體。

機械損傷。這類故障大約占電纜本體故障的一半以上。這類故障對電網(wǎng)影響大，造成的后果比較嚴重。常見的有市政道路施工等直接外力造成的破壞；敷設(shè)過程中電纜受力過大或者彎曲過度造成其局部絕緣降低或者電纜鎧裝層斷裂；電纜穿越公路、鐵路及高大建筑物時，由于地面的下沉而使電纜垂直受力變形，導(dǎo)致電纜破裂甚至折斷，或者造成電纜中間接頭內(nèi)部絕緣降低而導(dǎo)致發(fā)生擊穿；由地質(zhì)災(zāi)害、低溫等自然力造成的損壞，這個在電纜故障中所占比例較小。

化學(xué)損傷。造成電纜過熱的原因主要是電纜的過負荷。電纜溝或者電纜隧道內(nèi)通風(fēng)不良，電纜排布不合理，或是電纜周圍介質(zhì)導(dǎo)熱性能差，以及在熱力管附近敷設(shè)電纜或熱電同隧道架設(shè)，都將大大縮短電纜的壽命。

過電壓破壞。包括諧振過電壓對電纜的破壞，小電流接地系統(tǒng)對電纜的影響以及雷電過電壓。

電纜自身缺陷。電纜制造過程中，在包纏主絕緣層時出現(xiàn)褶皺或者裂損會造成其絕緣性能降低，電纜鎧裝層不合格也會造成其內(nèi)部絕緣層或者外絕緣的損壞。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時這些受損點就比較容易造成絕緣擊穿。

2）電纜接頭故障

對于長距離供電電纜或者當(dāng)電纜出現(xiàn)故障修復(fù)后，電纜都會產(chǎn)生連接頭，即中間接頭。通常電纜故障的相當(dāng)一部分為接頭故障，其表現(xiàn)性質(zhì)各不相同。電纜接頭故障一般都出現(xiàn)在電纜絕緣屏蔽斷口處，因為這里是電應(yīng)力集中的部位，并且以多相對地泄漏性高阻故障居多數(shù)。因制造原因?qū)е码娎|接頭故障的原因有應(yīng)力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等。

3）電纜終端頭故障

無論電纜長短，肯定存在終始端兩個接頭。電纜終端頭的制作工藝不良，頻繁啟動所產(chǎn)生高次諧波，都可能加速電纜終端頭的絕緣老化。此外還有空載線路合閘時產(chǎn)生的影響，包括自動重合閘和正常的合閘操作，電線路檢修或其他停電后恢復(fù)供電。斷路器重合前的電壓為0，在開關(guān)合閘空載線路時，由于觸頭間的電位差使間隙擊穿而接通電路，對絕緣產(chǎn)生破壞。

4）電纜接地系統(tǒng)

保護電力電纜線路安全運行的一項重要措施就是接入電力電纜接地系統(tǒng)。電纜接地系統(tǒng)主要由電纜接地箱、接地保護箱（帶護層保護器）、交叉互聯(lián)箱、護層保護器等部分構(gòu)成。最常見的問題是由于箱體密封不良進水從而引起電纜多點接地，導(dǎo)致金屬護層感應(yīng)電流過大。除此之外護層保護器參數(shù)選取不正確，或質(zhì)量不好的氧化鋅晶體也容易導(dǎo)致護層保護器損壞。

1.2 按故障的性質(zhì)劃分電纜故障

根據(jù)故障點絕緣電阻值的大小，我們可以將電纜故障簡單地分為開路故障、低阻故障和高阻故障。當(dāng)然我們還可以細分為單相開路故障，相間開路故障。

1）開路故障

電纜相間或相對地的絕緣電阻值處于規(guī)定的范圍值之內(nèi)，但其工作電壓不能傳輸?shù)诫娎|終端，或雖然終端有電壓，但負載能力較差，這類故障我們稱之為開路故障。

2）低阻、接地故障

電纜相與相之間或相對地之間的絕緣受損，會導(dǎo)致其絕緣電阻減小。而當(dāng)絕緣電阻過?。ㄐ∮?0倍電纜特性阻抗）時，我們稱之為低阻故障。這類故障可采用低壓脈沖反射法進行測量。

3）高阻故障

倘若電纜相間或相對地的絕緣電阻明顯低于正常值，但是大于10倍的電纜特性阻抗時，我們稱之為高阻故障。高阻故障一般不能采用低壓脈沖反射法進行測量。根據(jù)故障的具體表現(xiàn)性質(zhì)，高阻故障又可分為泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障。

1.3 其他故障分類方法

此外，還可以根據(jù)故障外觀特性分類：外露性故障和封閉性故障；根據(jù)故障材料分類：串聯(lián)故障（金屬材料缺陷）、并聯(lián)故障（絕緣材料缺陷）、復(fù)合故障（絕緣材料、金屬材料都出現(xiàn)了缺陷）；根據(jù)故障責(zé)任分類：人員過失、設(shè)備缺陷、自然災(zāi)害、正常老化、外力損壞、腐蝕、用戶過失及新產(chǎn)品新技術(shù)的試用等。

2?高壓電纜故障統(tǒng)計

根據(jù)廣東電網(wǎng)某電纜運行單位2002年至2012年10年間其管轄范圍內(nèi)110kV及以上電壓等級的電纜故障記錄，進行統(tǒng)計分析。期間發(fā)生電纜故障總共28起，其中外力破壞15起，電纜本身運行擊穿故障10起，原因不明故障3起，如圖1所示；按照發(fā)生部位統(tǒng)計，電纜終端故障5起，接頭故障4起，接地系統(tǒng)2起，電纜本體故障17起，如圖2所示。

圖1 按照故障性質(zhì)統(tǒng)計

圖2 按照故障部位統(tǒng)計

3?電纜故障原因分析

根據(jù)近十年來國內(nèi)66kV以上電壓等級電纜線路故障記錄，若按照故障的起因進行分類統(tǒng)計，則因外力破壞造成的故障占總數(shù)的32.05%，敷設(shè)施工工藝不達標占21.24%，電纜及附件設(shè)備質(zhì)量問題占26.64，這些是導(dǎo)致電纜故障的三個主要原因，其他原因占20.07%。

3.1 電纜設(shè)備質(zhì)量原因

目前高壓電纜制造在原材料及設(shè)備工藝方面已經(jīng)接近成熟，且電纜在出廠前需進行嚴格的交流耐壓試驗，所以由于電纜設(shè)備質(zhì)量出現(xiàn)問題的概率比較小。一般電纜生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內(nèi)有雜質(zhì)、內(nèi)外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻、電纜受潮、密封不良等。

有些情況比較嚴重，可能在竣工試驗中或投運后不久即會出現(xiàn)故障，但是大部分會在電纜系統(tǒng)中以缺陷形式長期存在，對電纜的安全運行造成嚴重隱患。

3.2 設(shè)計、敷設(shè)施工原因

我國的電纜設(shè)計知識主要是在交流和實踐過程中從國際標準和國外廠家學(xué)習(xí)來的，一些設(shè)計院的專業(yè)電纜設(shè)計部門還在工作中不斷總結(jié)改進，電纜設(shè)計整體水平仍需提高。已經(jīng)暴露出來的電纜設(shè)計的缺陷包括電纜防震保護措施不足，終端引下線過長，電纜上塔位基礎(chǔ)設(shè)計缺陷、終端構(gòu)架平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計不穩(wěn)固等。

電纜尤其是接頭部分對施工環(huán)境和施工工藝的要求比較高，而施工現(xiàn)場的溫度、濕度、灰塵等環(huán)境條件以及施工人員的技術(shù)工藝水平等往往難以滿足要求。因施工質(zhì)量原因造成的嚴重缺陷一般在投運前的竣工試驗時或投運后一兩年內(nèi)就會出現(xiàn)故障，而一些小的問題可能就成為長期安全運行的隱患。采用專業(yè)的施工隊伍和加強接頭安裝人員的技術(shù)工藝水平和質(zhì)量意識是減少電纜故障的重要保障。

3.3 外部原因

1）外力損傷

這種故障主要由于施工不規(guī)范引起的。特別是在高速發(fā)展的城市建設(shè)中，相當(dāng)一部分電纜故障都是由于機械外力損傷導(dǎo)致的。比如敷設(shè)安裝時不規(guī)范施工，容易造成電纜的機械損傷；在直埋電纜上進行市政、土建施工也極易對運行中的電纜造成損傷。

2）絕緣受潮和化學(xué)腐蝕

絕緣受潮和化學(xué)腐蝕是電纜故障比較正統(tǒng)的故障原因。它和電纜周圍的環(huán)境有關(guān)，定期的巡查和環(huán)境記錄的統(tǒng)計整理，都有助于減少電纜因受潮和受腐蝕而產(chǎn)生的故障。

3）長期過負荷運行

電纜在超負荷運行時，由于電流的熱效應(yīng)，負載電流會引起導(dǎo)體過熱，而且電荷的集膚效應(yīng)和鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質(zhì)損耗也會產(chǎn)生額外的熱量，從而使電纜溫度持續(xù)升高。長期超負荷運行時，高溫將會加快絕緣的老化。

4?高壓電纜狀態(tài)檢測技術(shù)手段分析

當(dāng)前，高壓電纜的狀態(tài)檢測包括各種離線和在線檢測方法，具體可以分為例行巡檢、預(yù)防性試驗和診斷性檢測三大部分。

其中常規(guī)的巡檢項目包括：外觀檢查、帶電測試外護套接地電流；預(yù)防性試驗包括：終端溫度檢測、主絕緣絕緣電阻檢測、外護套絕緣電阻檢測、交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗、電纜主絕緣交流耐壓試驗；診斷性檢測項目包括：電纜運行溫度監(jiān)測、局放在線監(jiān)測、介質(zhì)損耗在線監(jiān)測等。除巡視外，其他檢測項目對應(yīng)的電纜狀態(tài)檢測方法如表2所示。

在本文1.1節(jié)，我們按照發(fā)生位置不同，將電纜故障進行分類，與之相應(yīng)，電纜各部件也對應(yīng)不同的狀態(tài)檢測方法，如表1所示。

表1 電纜不同部件對應(yīng)的狀態(tài)檢測方法

?在1.2節(jié)，我們將電纜故障劃分為開路故障、低阻故障和高阻故障。在工程實踐中，低阻接地、開路等電纜故障常用的檢測方法為電阻電橋法和基于雷達原理的脈沖測距法。高阻類故障的發(fā)生率在電力電纜故障中的比例相當(dāng)高。

低阻開路故障等屬于電纜“硬傷”，而高阻故障屬于電纜的“軟傷”。絕緣介質(zhì)性能雖然有一定程度下降但并非完全損壞。常用的檢測方法主要有：高壓電橋法、直流高壓燒穿法、直流高壓閃絡(luò)法、高壓脈沖電流法等。不同的方法在使用時各有優(yōu)缺點。

表2 電纜檢測項目對應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測方法

5?高壓電纜故障的防范措施

基于上文對高壓電纜故障類型的劃分和形成原因的分析，筆者認為高壓電纜故障的防范可以從以下幾個方面著手。

1） 嚴格把關(guān)電纜設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量

電纜運行單位也應(yīng)加強對生產(chǎn)過程的監(jiān)督，并執(zhí)行現(xiàn)場安裝前電纜的質(zhì)量檢驗。這一措施也有局限性，就是現(xiàn)場只能進行外觀檢驗，無法了解絕緣內(nèi)部情況。為此，一些電纜運行單位對電纜進行抽樣，送武高所或上纜所進行檢驗，以確保電纜質(zhì)量。

同時電纜生產(chǎn)廠家也應(yīng)加強質(zhì)量管理，提高質(zhì)量意識，嚴格進行出廠前的試驗和檢驗工作，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場。

2）提高施工質(zhì)量及安裝工藝水平

目前存在一些從事電纜安裝施工的企業(yè)和單位不具備高壓電纜施工資質(zhì)、施工技術(shù)水不達標等等問題。因此，電纜運行單位強化電纜施工質(zhì)量管理，完善對施工單位及人員的專業(yè)技能水平的管理考核這一舉措是必要的。

嚴格把關(guān)，提高從業(yè)人員的專業(yè)水平，選擇具有專業(yè)資質(zhì)的施工隊伍，加強電纜接頭安裝人員的技術(shù)工藝水平和質(zhì)量意識，嚴格按照安裝工藝施工，這些都是減少電纜故障的重要途徑。

3）采用新的試驗手段

建議在對交聯(lián)電纜做竣工試驗時采用串聯(lián)諧振或VLF的方法，也可以采用24小時空載運行的方式。交流耐壓試驗用于高壓電纜的竣工驗收時，其擊穿檢出率高達 9%左右。

高壓電纜中可能存在的微小缺陷在1小時耐壓試驗過程中存在局部放電現(xiàn)象，但不會導(dǎo)致電纜擊穿。局部放電測量有助于查找到這些微小的缺陷。由于局部放電信號在高壓電纜中傳播存在較大的衰減，分布式局部放電測量是高壓電纜現(xiàn)場局部放電測量的可靠保障。因此高壓電纜竣工驗收試驗可以增加分布式局部放電測量。

4）選擇有效的電纜狀態(tài)監(jiān)測方法

在線局放檢測、溫度監(jiān)測等都是及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、避免故障發(fā)生的有效手段。大量的電纜在絕緣劣化和故障早期都表現(xiàn)為局部放電。成熟的局部放電檢測技術(shù)的運用，可以有效降低電纜故障率，提高供電可靠性。運行部門應(yīng)根據(jù)實際情況開發(fā)或采用相應(yīng)的監(jiān)測手段，做到提前預(yù)防。

5）加強電纜巡視

制定完善的巡檢制度。電纜線路本身事故很大一部分是由于外力破壞而造成的。線路巡視可以及時有效地發(fā)現(xiàn)并排查外力破壞因素。因此須重視電纜線路的巡檢工作，制定相應(yīng)的巡檢制度，明確巡視任務(wù)和周期。

6?結(jié)論

本文按照電纜故障部位和故障性質(zhì)兩種方式將高壓電纜故障進行了歸類，同時分析了故障形成的原因；總結(jié)了常規(guī)的電纜狀態(tài)檢測項目，并針對不同類型的故障提出相應(yīng)的狀態(tài)檢測方法和技術(shù)。

從電纜故障的部位來看，本體故障占很大一部分；就形成原因而言，電纜設(shè)備質(zhì)量問題，設(shè)計不合理、施工工藝不良，外力破壞是造成電纜故障的三個主因；運行巡檢、局放檢測、電纜運行溫度監(jiān)測是及早發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、避免故障發(fā)生的三種最有效手段。

最后，筆者提出了電纜故障的防范措施，不僅要在生產(chǎn)、設(shè)計和施工的源頭把關(guān)電纜設(shè)備的生產(chǎn)和安裝過程，還要加強運行巡檢。同時各種在線監(jiān)測技術(shù)的運用也可以及早發(fā)現(xiàn)缺陷，起到預(yù)防電纜故障的作用，對電纜線路的長期安全運行具有重大意義。

本文編自《電氣技術(shù)》，論文標題為“高壓電纜故障分析及其狀態(tài)檢測技術(shù)”，作者為王傳旭。