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電力電纜故障及預控措施

隨著電纜線路日益增多和運行年限增長,電纜故障也逐漸增加,電纜運行中發生的電纜本體、電纜附件、電纜附屬設備等故障也明顯增多。根據筆者多年運行維護的檢修實踐,電纜故障發生部位主要集中在絕緣、附件和外護層。   

一、絕緣故障原因分析

    1、絕緣故障

    -電纜的絕緣老化主要出現在投入運行的后期,一般發生在運行15年及以上電纜線路,導致電纜故障率大幅上升。絕緣老化主要分為樹枝狀老化、電熱老化及絕緣材料老化。電纜絕緣介質內部氣隙在電場作用下產生游離使絕緣下降,當絕緣介質電離時,氣隙中產生臭氧、硝鼓等化學物質,腐蝕絕緣層,同時絕緣中的水分使絕緣纖維產生分解,造成絕緣強度下降。

    -過熱會加速絕緣老化變質。電纜絕緣內部氣隙產生的電游離會造成局部過熱,使絕緣材料碳化,引起絕緣強度下降。電纜過負荷是電纜過熱重要因素。安裝于電纜密集區、電纜溝及電纜隧道等通風不良處的電纜、電纜路徑與熱力管道并行或交叉且無有效隔熱措施等都會使電纜過熱而加速絕緣層損壞。

    -電纜絕緣長期在電和熱的作用下運行,其物理性能會發生變化,從而導致其絕緣強度降低或介質損耗增大而最終引起絕緣崩潰老化出現故障。引起絕緣老化主要原因有:

    (1)電纜選型不當,導致電纜長期在過電壓下工作;

    (2)電纜線路周圍靠近熱源,使電纜局部或整個電纜線路長期受熱而過早老化;

    (3)電纜工作在具有可與絕緣起不良化學反應的環境中而過早老化;

    (4)多根電纜并列運行時,其中一根或數根接觸不良,造成其它與其并列電纜過負荷運行;

    (5)電纜附件制作時,電纜連接管壓接不牢,造成接觸電阻增大而引起過熱。

    
2、附件問題

    -電纜中間接頭和終端頭通常在敷設現場由安裝人員現場完成,稍不注意就容易出現紕漏。電纜附件故障占電纜線路故障的主要部分,其宏觀主要表現為復合界面放電和附件材質老化。電纜附件故障往往是由于制作工藝不精,人員思想麻痹大意,在制作過程中,使附件內部出現氣泡、水分、雜質等缺陷,導致局部放電而引起絕緣擊穿,主要體現在:

    (1)電纜中間接頭、終端頭制作質量不高

    (a)剝離外半導層時,損傷下層絕緣或絕緣表面有半道微粒、灰塵等雜質,或者半導電層去除距離短,爬電距離不夠,在試驗或投入運行后,其中雜質在強大的電場作用下發生游離,產生電樹枝。

    (b)制作過程中,金屬連接管壓接質量不良,使接頭接觸電阻過大而發熱,或熱收縮過度等造成絕緣碳化,從而使絕緣層老化擊穿,導致電纜接地或相間短路故障,同時有可能傷及附近的其它電纜。

    (c)電纜接頭工藝不標準,密封不規范,使絕緣內部受到潮氣、水分的侵入,引起中間接頭絕緣受潮劣化。嚴重情況下,電纜主絕緣內部大面積進水,導致主絕緣整體受潮絕緣降低,最終發生電纜擊穿故障。

    (d)導體連接管處理工藝不良。導體連接管壓接模具選用不合理,棱角打磨不平整,特別是在壓接模具邊緣處,局部有尖角、毛刺、突起,極易造成該部位電場不均勻,運行中產生局部放電,使絕緣老化,絕緣性能下降,發生擊穿故障。

    (e)安裝尺寸錯誤,應力管安裝位置太偏下或應力錐未有效與半道層斷口搭接,造成電纜半導電斷口部位應力沒有可靠疏散,在試驗或長期運行中,斷口部位產生嚴重電暈放電,導致過熱使絕緣降低,最終導致擊穿。

    (f)電纜金屬屏蔽層接地線連接不可靠,不滿足接地電阻要求,造成接地電阻過大。當電纜受到過電壓時,金屬屏蔽層會產生較高的感應過電壓,進而引起絕緣部分的老化擊穿。

    (2)電纜在運行過程中因負荷的變化、環境因素的變化而熱脹冷縮,特別是熱縮型附件不能夠隨彈性變形而喪失密封作用,在附件與電纜絕緣層之間形成呼吸效應,將大氣中的水分和潮氣帶入附件中,引發電纜附件內部短路故障。冷縮附件質量不高,收縮力降低或在需要可靠密封部位密封存在缺陷,都會導致外部水分侵入,最終導致電纜故障。

    (3)制作電纜頭時因環境潮氣、濕度偏大,沒有采取可靠除濕驅潮措施,電纜絕緣局部受潮,絕緣性能下降,在運行中發展成貫穿性通道,導致電纜擊穿事故。

    
3、外護層問題

    -在中、高壓電力電網中,電纜被越來越廣泛應用,電力電纜外護層是保護電纜的第一道防線,其完好與否直接關系到內部結構安全程度和電纜使用壽命長短。電纜外護層故障的原因主要有三種:

    (1)電纜周邊的硬物損傷或外力受損。直埋電纜上下有硬物尖角直接接觸外護層,尤其在有車輛通行路段,長時間路面振動,硬物尖角有可能刺穿外護層,導致內部結構受損,再加上電纜負荷變化,電纜本身熱脹冷縮和受損部位電場不均勻分布,最終導致絕緣層受損;排管敷設時,排管連接處臺階或內壁不光滑都可能造成外護層受損;電纜路徑周圍機械施工或頂管作業,造成外護層受損。

    (2)施工時遺留缺陷、隱患。電纜敷設施工過程中外護層拉傷、開裂部位在排管內,人員無法及時發現;110kV及以上電纜彎曲部位在運行一段時間后,發生龜裂現象,外護層絕緣降低,金屬護套多點接地,環流增大,最終導致絕緣受熱老化擊穿。

    (3)白蟻蛀蝕。一旦發現一處白蟻蛀蝕部位,往往此電纜線路上應有多處蛀蝕部位,我們應引起足夠重視。白蟻蛀蝕危害,北方電網相對來說還不多見。

    
二、防止電纜故障采取措施

    -針對絕緣、附件和外護層故障原因分析可以看出,電纜線路工程是一個系統工程,只有從設計、施工、運行維護等方面對其全過程管理,才能最大限度保證其安全運行。

    (1)從設計之初,對電纜使用的接地系統有充分認識,選擇符合其電壓等級的電纜,避免電纜在長期過電壓情況下工作。外護層選擇應符合使用環境、使用年限的要求,同時電纜護層保護器的選擇應滿足相對地接地時,保護器可靠通過接地電流而不損壞原則。

    (2)電纜路徑選擇,應避免電纜受過熱、腐蝕、外力損傷等外部環境影響,同時也避免電纜敷設過于集中,造成熱量不能及時擴散,而引起過熱的內部因素影響。此外,雙回路供電的電纜路徑不建議敷設在同一路徑的管道內,防止同時受損,造成大面積停電事故。

    (3)加強電纜和電纜附件選型、廠家監造、到貨驗收等工作,確保電纜和電纜附件質量水平。在現場驗貨時,應有生產廠家、施工方、監理方和項目主管部門等多方在場,按照裝箱清單逐一點驗,對發現問題及時記錄并提出整改建議,經多方簽字認可。對容易受潮部件,檢驗完畢后,應及時進行密封處理,防止受潮影響正常使用。

    (4)加強人員培訓工作,對纜頭制作人員進行必要的業務資質與技術評定,持證上崗。對在保質期內因制作原因連續發生兩次故障的,取消其纜頭制作資格,待重新培訓考核合格后,方可重新上崗。

    (5)加強電纜工程各個環節的隱蔽工程和中間環節驗收,嚴把質量驗收關,對土建、電氣等工程驗收中發現缺陷、隱患要徹底整改,并做好各項記錄,必要時留有照片、影視等資料。

    (6)運用外護套環流在線監測技術、在線光纖測溫技術、在線局部放電檢測技術等先進在線監測技術,加強電纜的實時在線運行監視,提前發現隱性缺陷,避免造成停電事故發生。 

 
    -電纜線路能否安全運行,直接關系到整個電網安全運行和系統穩定。只有從電纜生產、運輸、敷設、安裝、試驗、巡視、檢測等各個方面加強質量管控和驗收把關,才能將電纜故障降至最低程度,才能確保電纜線路長期安全運行。
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