一起機(jī)械應(yīng)力引發(fā)的電纜故障分析

陳偉玲 鄭增輝 周小艷 孫飛

摘要：電力電纜具有占地小、可靠性高、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，一般敷設(shè)于土壤中或者室內(nèi)、溝道中，基本不占用地上空間，廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，用以輸送電能。因其故障率較低，日常維護(hù)量小，電力電纜的管理存在較多盲區(qū)，導(dǎo)致部分電纜運(yùn)行工況逐漸下降，電纜故障帶來的事故影響逐漸增大。本文通過分析一起機(jī)械應(yīng)力引起的電纜絕緣疲勞事故，深入排查運(yùn)維檢修、驗(yàn)收各個(gè)環(huán)節(jié)中的缺失點(diǎn)，進(jìn)而提高電纜的運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械應(yīng)力;電力電纜;故障分析，疲勞

1.電力電纜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著社會(huì)的進(jìn)步、城市化進(jìn)程的推進(jìn)，寸土寸金在當(dāng)今城市中的效應(yīng)愈發(fā)凸顯，為了有效節(jié)約地上空間，合理利用城市土地資源，充分提高土地利用率，最大限度提高電能的輸送能力，電力電纜在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

資料顯示，截止2010年底，國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)6kV-500kV在運(yùn)電纜線路386768回，回路總長(zhǎng)度為234166km[1]。隨著城區(qū)供電需求的增加，電力電纜在電力系統(tǒng)的應(yīng)用量也在逐年增加。在變電站內(nèi)，電力電纜（動(dòng)力纜）多用于所變（站用變）、電力電容器（無功補(bǔ)償用）與開關(guān)柜之間，用以提供站內(nèi)電能供給。

2.站用變電纜故障簡(jiǎn)介

2016年，某變電站35kV站用變開關(guān)柜間隔保險(xiǎn)熔斷，運(yùn)行人員更換保險(xiǎn)后，C相高壓保險(xiǎn)再次熔斷。根據(jù)事件表現(xiàn)，工作人員判斷站用變高、低壓側(cè)電纜存在接地情況，另外，站用變也存在運(yùn)行異常嫌疑。通過對(duì)站用變進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)站用變外部絕緣殼體良好，無其他運(yùn)行異常。聯(lián)系到帶電測(cè)試結(jié)果，并未發(fā)現(xiàn)其他異常信號(hào)。

工作人員遂辦理工作票，對(duì)站用變進(jìn)行停電試驗(yàn)，停電試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，站用變運(yùn)行狀況良好。在對(duì)電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)，電纜絕緣降低。

3站用變及電纜現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

3.1站用變現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

工作人員首先對(duì)站用變進(jìn)行了電氣試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

由于正常運(yùn)行狀況下，站用變運(yùn)行在5-6檔，現(xiàn)場(chǎng)人員并未對(duì)站用變檔位進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，站用變的絕緣測(cè)試結(jié)果滿足運(yùn)行要求。電壓比與直流電阻試驗(yàn)相比出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并無較大變化，亦滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。判斷站用變并無故障。

3.2電纜現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

工作人員首先對(duì)低壓電纜進(jìn)行絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻合格。在對(duì)高壓電纜進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)高壓電纜C相絕緣降低，相關(guān)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

通過與A、B兩相絕緣電阻的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)，C相電纜對(duì)地的絕緣僅有0.4MΩ，極小于正常兩相的絕緣電阻，遂判斷高壓C相電纜存在接地故障。

工作人員對(duì)C相電纜進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)，C相電纜傘裙最下端屏蔽線有少許黑色放電痕跡。遂對(duì)電纜接頭進(jìn)行解體查看，如圖1所示。

為了找到電纜的接地故障點(diǎn)，工作人員對(duì)電纜傘裙下方進(jìn)行了解體檢查，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖2所示。

由圖2可以看出，C相電纜外絕緣層已出現(xiàn)較為明顯的破壞，在運(yùn)行過程中，發(fā)生了擊穿現(xiàn)象。通過對(duì)比圖1、圖2可以看出，電纜擊穿點(diǎn)位于傘裙折彎處，存在較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。長(zhǎng)期的應(yīng)力及運(yùn)行環(huán)境，導(dǎo)致此處絕緣層發(fā)生疲勞，進(jìn)而引起貫穿性的放電通道，電力電纜對(duì)接地體進(jìn)行放電，放電時(shí)，流過C相電纜的電流急劇增加，造成開關(guān)柜柜內(nèi)高壓熔絲熔斷。

4.電纜故障原因分析

經(jīng)查閱運(yùn)行資料，該電纜已運(yùn)行14年，結(jié)合所變停電計(jì)劃，電纜均按照正常的檢修周期進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，并未發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常。分析認(rèn)為，電纜故障存在以下兩種情況：

（1）早期電纜制作工藝不良，受制于現(xiàn)場(chǎng)施工條件，絕緣體處理時(shí)，存在間隙和雜質(zhì)，內(nèi)部泄漏電流超標(biāo)，存在著運(yùn)行隱患;

（2）電纜走向布置不合理。通過對(duì)電纜進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)，傘裙下方絕緣包覆位置正處于電纜折彎處，考慮到35kV電纜在急彎時(shí)存在較大的機(jī)械應(yīng)力，機(jī)械應(yīng)力集中引起金屬、絕緣材料的老化，結(jié)合電應(yīng)力、電場(chǎng)綜合影響，絕緣材料逐漸老化，最終發(fā)生貫穿性的擊穿放電。

5.結(jié)束語(yǔ)

電力電纜作為應(yīng)用量較大的電力元器件，其結(jié)構(gòu)、性能的掌握，需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維檢修人員慢慢學(xué)習(xí)，為了減低電力電纜事故率，應(yīng)加強(qiáng)電力電纜的運(yùn)維，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）加強(qiáng)電力電纜驗(yàn)收。對(duì)于現(xiàn)階段的電力電纜，施工時(shí)應(yīng)注意避免急彎，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（2）加強(qiáng)對(duì)電纜的狀態(tài)檢測(cè)。除按照正常的檢修周期，對(duì)電纜進(jìn)行正常的電氣試驗(yàn)外，運(yùn)維檢修人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜的帶電檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行隱患。對(duì)于老舊電纜，應(yīng)縮短檢測(cè)周期，密切關(guān)注電纜運(yùn)行狀況。

（3）綜合分析異常原因。針對(duì)開關(guān)柜高壓熔斷器的熔斷問題，運(yùn)檢人員舉一反三，深入分析熔斷器熔斷的內(nèi)在原因，排查到電纜的運(yùn)行隱患，避免事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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