交联电缆故障分析

交联电缆故障分析

1 开展电缆故障分析的意义

近年来，随着电网的迅猛发展，交联电缆越来越多的应用到城市电网中。伴随着电缆线路的日趋庞大，一个很严峻的问题正日益明显的暴露出来—电缆线路故障。一方面，电缆厂家的技术能力和生产水平参差不齐，致使电缆产品良莠不齐；另一方面，由于电缆原材料价格的提升，也致使一些厂家因盲目追求利益而降低产品质量的问题；此外，由于线路维护措施不当、施工管理过程监控不严、外力损坏等方面也将导致电缆线路的运行状态**。因此，做好电缆故障的调查分析，做好故障的反措工作便成为摆在所有电力系统企业一个迫在眉睫的工作，特别是面对110kV以上的高压电缆线路。

此外，在原有的事故处理环节中，存在着一定的粗放性管理，加之当时的技术水平限制，致使在出现事故后，仅依靠会议讨论来判断问题成因，没有合理有效的技术手段。这也就形成了设备质量管理过程中，出现分界、交接、传递的责任不清。

由此可见，在供电系统开展电缆的故障分析工作是具有重要意义的。**方面，电缆专业基于其本身的特殊性，无论从运行还是施工以及其本身的结构上来看都存在很大的隐蔽性，刨除外力因素，大部分电缆故障一般均不能明显的判别故障原因，因此需要对其加以分析；**方面，电缆的故障分析工作本身是一个责任划定的过程，通过明确责任，才能着实有效的对责任单位进行整改，从而使责任单位不断完善自身的工作；第三方面，在电力企业，从发现问题、分析问题以及解决问题的完整处理过程中，*终的解决问题并不仅是将故障处理完毕。铺设新的电缆或更换新的电缆接头只是解决问题的**步，更重要的，是通过事故本身引发的问题，需要举一反三，在政策上、管理上、流程上逐步形成一套完整的反事故措施，从而指导各基层单位开展好此类型
的工作。  

2 电缆故障案例分析

2.1 110kV电缆中间接头故障（三元乙丙橡胶中间接头）

2.1.1 故障情况背景简介：

故障性质    运行击穿    电缆线路背景     线路长度5.4km，两端为GIS终端，运行时间7年半     故障接头性质    直通接头，材质为三元乙丙橡胶
2.1.2所做的试验分析工作及结果
故障发生后，主要进行了三个方面的工作：
★ 对故障接头的施工记录进行查阅，对故障接头进行解剖检测，结果表明接头的施工工艺没有问题；
★ 委托电缆权威检测机构对接头和电缆进行常规试验检测，结果为：对电缆进行的8个项目及对接头的4个项目的试验结果符合国标要求。
★ 试研院对故障电缆接头进行了大量的切片显微镜检测，检测结果不符合要求。具体为：1、在接头绝缘层中发现长约7mm的杂质；2、在接头半导电层中发现颗粒状物质；3、接头绝缘层与半导电层交接面凹凸不平，存在大量突起**。
 绝缘层与半导电层的交接面凸凹不平，突起长度为10-50μm（放大100倍)（说明：检测中发现绝缘层与半导电层的交接面凸凹不平，测量到的*大突起为50μm，与同电压等级的电缆接头作对比，可以发现此故障接头的绝缘层与半导电层的交接面异常粗糙。） 
 2.1.3 故障分析结论
根据《GB/T 11017.3－2002 》第6.4.2条中规定：橡胶应力锥及预制橡胶绝缘件应无气泡、烧焦物及其他有害杂质，内外表面应光滑，无伤痕、裂痕、突起物。绝缘与半导电的界面应结合良好，无裂纹和剥离现象，半导电屏蔽内应无有害杂质。
经过以上对故障接头所进行的背景资料调查和试验检测情况，该故障原因可以总结为：
★ 在接头绝缘层中含有杂质，将会造成杂质处绝缘的电场局部集中，引发局部放电，*终导致绝缘击穿。由于在电缆接头绝缘层中发现了长达7mm的杂质，因此接头绝缘中含有杂质可能是造成击穿事故的原因；
★ 在电缆接头的半导电层中含有杂质，将会导致半导电其性能指标下降；而绝缘层和半导电层的交接面不平整，相当于形成大量突起**，在**处形成高场强、引发局部放电而导致绝缘损伤。本次故障接头的半导电层中含有大量的颗粒状物质，同时发现绝缘层与半导电层的交接界面凸凹不平，形成的突起*高达50μm。考虑以上两方面因素，半导电层中含有杂质和交接界
面上存在突起而造成接头击穿的可能性不能排除。
综上所述，电缆接头绝缘层及半导电层中含有杂质、电缆接头绝缘层与半导电层界面存在突起是造成本次事故的原因。
★ 对故障线路电缆和故障接头进行常规结构材料检测，结果未发现问题。
★ 对线路过电压情况进行测试，测试结果表明系统过电压水平不高，不是造成击穿的原因。
★ 对接头厂家的生产及质量控制标准进行核查，结果表明厂家在中对微孔、杂质及突起的要求远低于国标要求。
★ 对故障接头的新品进行外观检测，发现在全新预制件内电极外表面存在两个环形、两个纵向研磨面，表面较为粗糙，而检测所发现的电树约有90.3%的电树是生长在合模缝打磨面上。

2.2 35kV单芯电缆（电缆本体）

2.2.1 故障情况背景简介

故障性质     运行击穿  电缆线路背景   故障电缆为变压器到开关的联络电缆   故障电缆性质   单芯电缆，型号为 ZRC-YJSV 1×1200mm2 26/35kV 
2.2.2所做的试验分析工作及结果
故障发生后，我院主要进行了三个方面的工作包括以下几个方面：
★将击穿点附近约2m的电缆进行解剖检测，解剖详细结果如下表所示： 
电缆终端接线端子为银白色，而故障电缆接地铜端子程暗黑色，表现为接地铜端子严重过火，经现场勘察和对运行现状对了解，导致此结果的原因为电缆运行时采用两端接地方式，电缆接地线长期通过金属屏蔽感应电流所致。击穿点处的PVC护套已经大部分炭化，击穿孔外径45mm。去除PVC外护套露出铜屏蔽层：击穿孔附近呈火烧痕迹，无明显放电迹象，部分铜丝有明显弯曲变形，屏蔽铜带有一处破损点（圈内部分）。 铜带屏蔽破损点（放大）：屏蔽铜带仅有1处破损点，为Φ＝4mm的向内凹痕（向绝缘层凹陷），无明显放电痕迹，应为机械力所致损坏。 
铜丝屏蔽断点：铜丝屏蔽有一根铜丝开断（圈内所示，下图为放大），断面齐整无熔点，为机械性损坏。故障电缆本体内部：在故障段内部有长约100mm的交联聚乙烯熔化，形成空洞，存在大面积碳化，怀疑是火熔所致。 
★ 将击穿点两侧分别到变压器侧和开关侧的电缆进行电气试验。试验结果符合标准要求。
2.2.3 故障分析结论
经过以上检测分析和相关调查分析工作，关于本次35kV电缆事故形成以下基本结论：
1、经过对故障电缆接地端子的检测以及对运行现状的调查，本次故障电缆事故前一直为两端接地方式，金属屏蔽层长期通过感应电流，造成其发热；
2、解剖结果表明，击穿点附近铜丝屏蔽有一根铜丝开断，断面齐整无熔点，为机械性损坏；铜带屏蔽层上的1处破损点为向内凹痕（向绝缘层凹陷），无明显的放电痕迹，推断为击穿前有外力所致损坏。
2.3  1kV交联聚乙烯电缆 型号 ZRC—YJV22—0.6/1kV—4×240mm2
2.3.1 所做的试验分析工作及结果
故障发生后，主要进行了两方面的试验分析工作，分别为电缆的常规实验检测和电缆的整体解剖检测。试验结果如下列表格和图片说明：
2.3.1.1 故障交联电缆常规试验检测结果
试品绝缘电阻及直流耐压试验中： 检测结果符合标准要求，未见短路和击穿现象。 电缆常规三项检测中： 结构尺寸检查项目中内护套材料不符合要求； 绝缘热延伸结果不符合要求； 导体直流电阻试验结果不符合要求； 试品外观检测中： 电缆外护套存在多出破损； 破损处钢铠存在锈迹，其他处钢铠也存在多出锈迹； 
2.3.1.2 故障交联电缆解剖分析结果 
外护套（整体照片）：护套烧损孔背侧部分存在明显的绳索勒痕。 外护套（破损点放大）：外护套烧损孔边的开裂处与绳索勒痕完全吻合。  钢铠：钢铠击穿孔外侧部分存在勒压所致的凹沟。 电缆线芯（整体照片）：电缆线芯芯故障情况如上，其中黄、绿、蓝相绝缘均已烧损，红相绝缘完好。 电缆线芯（蓝相）：蓝相绝缘未破损部分表面存在勒压所致的凹痕。 电缆单芯（红相）：红相为非击穿相，但绝缘表面也存在勒压所致的凹痕。 
2.3.2故障分析结论
对故障电缆外护套、钢铠、电缆线芯及绝缘进行了解剖检测，结果为：1、外护套烧损部分存在明显的绳索勒痕，外护套击穿部位的开裂处与绳索勒痕完全吻合；2、钢铠击穿孔外侧部分存在勒压所致的凹沟；3、蓝相绝缘未破损部分表面及红相绝缘表面均存在勒压所致的凹痕。 
 以上检测结果表明，此电缆曾遭受过绳索勒压，致使勒压处电缆变形、绝缘受损，造成本次电缆击穿故障的直接原因是电缆受到外力损坏。此外，通过对该故障电缆的常规检查，发现其结构尺寸检查实验、绝缘热延伸实验、导体直流电阻试验结果均不符合要求，即该电缆的基本参数性能不满足国家标准规定的*低合格指标，也是导致本次故障的一个间接原因。
3 故障原因类型
由以上几个近几年发生的典型故障分析的案例可以看出，目前中高压电缆线路中运行故障中，运行电缆线路故障中，故障情况是多方面的。包括以下几个方面：
★产品质量控制不严格。可能是受产品供货期等客观因素的影响，厂家并没有保证每批次的产品都严格按照生产控制流程和质量检验流程的要求生产，致使在某些电缆或附件产品中存在如微孔、杂质、气泡等超标类缺陷，在运行一段时间后，缺陷更加劣化，从而*终导致发生事故。
★产品材料实际性能不满足原设计参数指标。产品在生产的过程中，可能由于工艺控制或材料配比不当等原因，而导致产品材料的实际性能不满足原设计参数指标，这种问题不易被发现，但如果出现此类问题往往会导致整批产品存在缺陷，必须引起注意。 ★电缆外力破坏导致电缆故障，一直是困扰电缆运行部门的一大难题。除此之外，由于单芯电缆两端接地、电缆铺设过程造成电缆受损、不同路电缆重叠铺设、附件安装不满足工艺要求等问题，都将影响电缆的正常使用寿命。
除了以上的情况之外，还包括电缆在生产过程中绝缘受损或受潮、电缆附件所用的附加耗材性能不合格、产品安装工艺不合理等诸方面的因素，也都将导致电缆线路发生故障。
4 小结
基于以上对电缆线路故障的原因分析，针对目前国内电缆行业的运行事故呈上升的趋势，作为电力用户必须加强对电缆线路的管理，特提出以下建议：
★ 加强对电缆产品的入网检测力度。只有对入网产品定期（不定期）进行抽检，加强对产品出厂资料的审核控制，才能有效的严把质量关，杜绝不合格电缆产品进入电网。
★ 加强电缆事故的分析总结工作。鉴于电缆事故原因的多样性，建议对所管辖的电缆线路所出现的事故进行分析总结，积累经验，制定好相应的预防改进性措施，防止类似问题的出现。
★ 加强电缆施工管理。目前电缆施工环节中，存在这一定为赶进度而轻质量的行为。这一点在老旧电缆线路改造中需尤其注意，防止出现在消除隐患的过程中增加了新的隐患。
★ 加强电缆线路运行维护工作。作为运行部门，需加强电缆线路的验收和竣工试验工作。**对电缆运行线路的各个状态（局方、温度、井盖等）进行监控，做到及早发现问题，及时消除隐患，保障电缆线路的**稳定运行。