10 kV配網(wǎng)電纜故障分析及防范措施

趙同慶

（鞍鋼集團(tuán)本鋼板材股份有限公司能源管控中心，遼寧 本溪 117000）

0 引 言

在電網(wǎng)運行管理中，10 kV配網(wǎng)是重要的管理部分，由于受到諸多因素的影響，因此常常會出現(xiàn)各種各樣的線路故障情況。為了避免10 kV配網(wǎng)線路故障造成過大影響，需要對其故障實現(xiàn)及時且準(zhǔn)確的定位，完成故障處理后，還需要做好對電纜的試驗工作，確保配網(wǎng)線路故障得到有效消除，而如何實現(xiàn)10 kV配網(wǎng)線路故障定位及電纜試驗的優(yōu)化，是本文主要研究的內(nèi)容。

1 10 kV電纜故障產(chǎn)生的因素

1.1 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中故障定位隔離的問題

在目前的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，單條線路發(fā)生短路故障時，線路上各級智能開關(guān)通過電流速斷保護(hù)定值來判斷是否跳閘。通常單條線路上從電源側(cè)到負(fù)荷側(cè)，各級智能開關(guān)速斷保護(hù)定值依次減小，以實現(xiàn)線路故障處智能開關(guān)優(yōu)先跳閘，縮小停電范圍。由于縣域內(nèi)單條10 kV線路較長、分支線多，各段線路和變壓器型號差異化較大，各級智能開關(guān)電流速斷整定值無法準(zhǔn)確設(shè)置，造成發(fā)生短路故障時，開關(guān)無法正確動作，擴(kuò)大了故障停電范圍［1］。為實現(xiàn)配網(wǎng)故障準(zhǔn)確定位、快速隔離，縮小線路停電范圍，保障非故障區(qū)域電力的正常供應(yīng)，本文重點對基于配電開關(guān)監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）的縱聯(lián)差動與基于矩陣運算的故障定位隔離方案進(jìn)行了分析研究。

1.2 線路短路故障

當(dāng)10 kV配電線路出現(xiàn)短路故障時，電力設(shè)備往往會出現(xiàn)停電、跳閘等情況，影響電能的正常和穩(wěn)定傳輸。導(dǎo)致10 kV配電線路出現(xiàn)短路故障的原因主要包括3個方面：一是因為10 kV配電線路具有較長所跨區(qū)域，且跨越的地形也比較復(fù)雜，在遇到雷雨或者大風(fēng)等的天氣時，受到線路斷裂或者絕緣擊穿因素的影響，會造成短路故障的發(fā)生；二是在鳥類停留或者筑巢在10 kV配電線路時，也可能會造成線路的跳閘；三是樹木的生長或者車輛發(fā)生運行事故等因素，使10 kV配電線路出現(xiàn)短路故障的情況［2-4］。

1.3 電纜絕緣層質(zhì)量問題

在建設(shè)10 kV電力電纜項目施工的過程中，檢測人員要對電纜進(jìn)行抽樣檢查，及時發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問題的電纜，如電纜絕緣材料抗焦燒時間短、容易前期交聯(lián)等質(zhì)量問題。還有一些電纜廠家為偷工減料，銅桿是用回收材料制造的，導(dǎo)致其表面氧化變色、拉力不夠，這些有質(zhì)量問題的電力電纜也是故障產(chǎn)生的重要因素。此外，在日常的施工工程中，往往會因為有些工作人員懈怠或?qū)I(yè)知識的局限性導(dǎo)致有質(zhì)量問題的電纜被使用到工程中，這對10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行造成了極大的安全影響。

2 10 kV電纜故障查找方法

2.1 使用監(jiān)控中心

監(jiān)控中心主要包括信息控制的系統(tǒng)、信息收發(fā)的設(shè)備、應(yīng)用軟件等。在監(jiān)控中心內(nèi)存在配網(wǎng)的接線圖，相關(guān)人員通過此圖監(jiān)視配網(wǎng)各線路具體的運行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障后，故障信號就會發(fā)出，隨后被接收設(shè)備收到且把它傳輸?shù)皆诰€的監(jiān)控中心內(nèi)，相關(guān)人員再使用系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用的軟件對故障實施分析，則故障的信號就會呈現(xiàn)在人機(jī)的界面中。當(dāng)一些線路內(nèi)出現(xiàn)故障燈變色時，就說明此線路出現(xiàn)了故障，此時驅(qū)動報警的系統(tǒng)也會把所對應(yīng)的故障警示信息發(fā)出，工作站會對故障負(fù)責(zé)人發(fā)送短信，而故障負(fù)責(zé)人能夠根據(jù)相關(guān)信息對故障線路實施檢查與分析，及時排除故障［5］。

2.2 使用錄波器

在10 kV配網(wǎng)線路運行中，通過安裝故障錄波器能夠有效掌握其配網(wǎng)線路的實際運行情況，相關(guān)人員結(jié)合故障錄波器內(nèi)收集的數(shù)據(jù)能夠?qū)收宵c位置實現(xiàn)準(zhǔn)確和快速的判斷。通過使用故障錄波器能夠全面記錄10 kV配網(wǎng)線路內(nèi)故障前后的電流與電壓量，為相關(guān)人員對故障類型的判斷以及故障原因的分析提供依據(jù)，實現(xiàn)故障點定位以及排查效率的提升。但使用故障錄波器自動化裝置時，相關(guān)人員需要提前準(zhǔn)確錄入10 kV配網(wǎng)線路內(nèi)的運行參數(shù)。若運行期間完成對配網(wǎng)線路的改造，則還要對線路的各項參數(shù)提前實施整定處理，保證此裝置能夠?qū)ζ渑渚W(wǎng)線路的具體故障點實現(xiàn)準(zhǔn)確定位［6］。

2.3 遙測法

如果遇到10 kV配網(wǎng)電纜線路發(fā)生接地故障，最佳的判斷方法就是遙測法，可以通過萬能遙測電筆快速進(jìn)行故障查找。首先利用萬能遙測筆的通、斷檢測功能查出電纜或電線的斷路線，將該斷路線接到交流電源火線上；其次將其他非斷路線接地（或接零），并將萬能遙測電筆撥到遙測功能I檔或Ⅱ檔上；最后用筆從接電源火線端的電纜或電線開始，將筆體接近電線外皮并向前移動，正常時萬能遙測電筆應(yīng)發(fā)聲，到故障點處響聲立即消失。但電力電纜線路故障采用遙測法會受到一些外在環(huán)境因素的影響，如濕度較大且存在不確定的磁場干擾時，萬能遙測電筆就不能進(jìn)行準(zhǔn)確的故障排除。此外，如果10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)中的變壓器數(shù)量多且電力線路過長，架空交叉連接或者地埋線路、地質(zhì)情況復(fù)雜等也不宜采用遙測法對電力電纜故障進(jìn)行排查，否則排查數(shù)據(jù)會失真，導(dǎo)致10 kV配網(wǎng)線纜故障無法及時排除。

3 10 kV配網(wǎng)電纜故障的相關(guān)內(nèi)容

3.1 線路負(fù)荷合環(huán)兩側(cè)母線電壓（有效值）差

合環(huán)倒閘涉及的兩條線路所在的母線電壓（有效值）不會相同，但可以在退出自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）后，通過調(diào)節(jié)變壓器分接頭檔位來最大限度地減少兩條10 kV母線間的電壓差，以達(dá)到降低合環(huán)運行電流的目的。地區(qū)110 kV變壓器每調(diào)節(jié)一個分接開關(guān)檔位，可升/降的電壓值為0.09～0.10 kV，通過調(diào)節(jié)兩臺變壓器分接頭就可以將合環(huán)倒閘涉及的兩條線路所在母線的電壓差控制在0.05 kV以下。若合環(huán)兩側(cè)電纜線路保護(hù)定值不同，則要將過流保護(hù)定值較大側(cè)的母線電壓調(diào)整至略大于或等于對側(cè)母線電壓，以使環(huán)流從電壓略高的一側(cè)母線流向較低的一側(cè)，并使電壓略高的一側(cè)線路分擔(dān)更多的基礎(chǔ)負(fù)荷［7］。

3.2 試驗步驟

依據(jù)試驗的接線圖專門讓一人來接線，完成接線后讓另外一人負(fù)責(zé)檢查，查看試驗的接線是否存在錯誤、各儀表的量程是否滿足要求、現(xiàn)場試驗的儀器是否合理布局、試驗的人員位置是否合理等。此后對電纜充分實現(xiàn)放電，對指示的儀表進(jìn)行調(diào)零處理，讓調(diào)壓器置在零位，對電源的電壓值測量。合上電源刀閘并對設(shè)備啟動，對升壓回路進(jìn)行加電，并逐步升壓到預(yù)先所確定試驗的電壓值，對0.25倍、0.5倍以及0.75倍的試驗電壓條件下各進(jìn)行1 min的停留，讀取泄漏的電流值。讀取1倍試驗電壓條件下1 min和5 min時泄漏的電流值，在交接時還要讀取10 min、15 min時泄漏的電流值。完成試驗后，要先把升壓的回路內(nèi)調(diào)壓器向零位退回并對電源切斷處理。在每次試驗后，一定要把電纜先通過電阻對地實施放電，后對地進(jìn)行直接放電處理［8］。

3.3 試驗前的準(zhǔn)備工作

直流耐壓試驗是一種破壞性試驗，試驗前應(yīng)對電力電纜的絕緣電阻、泄漏電流進(jìn)行非破壞性試驗。若試驗結(jié)果正常，方能進(jìn)行直流耐壓試驗；若發(fā)現(xiàn)電纜的絕緣狀況有問題，通常應(yīng)先進(jìn)行處理后再做直流耐壓試驗。

3.4 嚴(yán)格把控電纜質(zhì)量

對10 kV配電網(wǎng)電力電纜原材料控制是一項比較關(guān)鍵的工序。首先，必須確保所選電纜符合國家使用標(biāo)準(zhǔn)，同時有必要對所選電纜在當(dāng)前環(huán)境中的可行性進(jìn)行充分的分析和討論，以確保所選電纜能夠完全滿足當(dāng)前電纜的構(gòu)造要求。其次，加強(qiáng)對電纜質(zhì)量的檢查和控制，及時淘汰生產(chǎn)質(zhì)量低、技術(shù)落后的電纜產(chǎn)品，以確保所購電纜的質(zhì)量。在選擇過程中，有必要充分加強(qiáng)對電纜絕緣層質(zhì)量的控制，以確保電纜質(zhì)量在當(dāng)前環(huán)境中能夠正常使用［9］。

3.5 使用故障指示的設(shè)備

在此設(shè)備使用中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體期間，磁場會觸發(fā)指示設(shè)備，若電流較大且已超過指示器內(nèi)額定的數(shù)值，則勢必會產(chǎn)生信息。若故障出現(xiàn)在白天，則指示器會呈現(xiàn)翻牌的情況；若故障出現(xiàn)在夜晚，則指示器就會進(jìn)行相應(yīng)光信號的發(fā)出。與故障的檢測設(shè)備相比，此類指示設(shè)備的成本較低，一般可以對二者聯(lián)合使用，往往故障檢測的設(shè)備在負(fù)荷開關(guān)的位置設(shè)置，對指示設(shè)備在桿塔的位置設(shè)置。

3.6 試驗電壓的標(biāo)準(zhǔn)和判斷

要求耐壓在5 min時，泄漏的電流值不能超過耐壓1 min時泄漏的電流值。加壓期間，若泄漏的電流突然發(fā)生變化或隨時間增長出現(xiàn)增大，或隨試驗的電壓上升而出現(xiàn)不成比例的急劇增加，就說明了電纜絕緣有缺陷，要對原因查明，必要時通過延長耐壓時間或提高耐壓值來實現(xiàn)絕緣缺陷的查找。若相與相間存在很大泄漏電流的相差，就說明電纜內(nèi)某芯線的絕緣可能有局部的缺陷。如果試驗電壓是一定的，但泄漏電流呈現(xiàn)周期性的擺動狀態(tài)，就說明電纜有局部的孔隙缺陷情況［10］。

4 差異化防雷措施

（1）架設(shè)避雷線。在配網(wǎng)架空線路的全線或部分線段架設(shè)避雷線，利用避雷線的保護(hù)角來保護(hù)線路。該方法的防雷效果好，維護(hù)工作量少，但全線架設(shè)的成本高，且對繞擊雷、反擊雷的防護(hù)效果不理想。

（2）安裝過壓保護(hù)器。過壓保護(hù)器相當(dāng)于保護(hù)間隙＋避雷器的組合，集合了兩種防雷技術(shù)的優(yōu)點，一方面不會承受工頻電壓，線路損耗小，另一方面使用壽命長，故障隔離效果好。該方法的缺點是投資成本較高，每個桿塔均要安裝接地網(wǎng)、接地裝置，促使線路中的設(shè)備數(shù)量增多。

（3）安裝避雷針。位于山頂或空曠地區(qū)的桿塔，在塔頂安裝獨立避雷針和接地裝置，將接地電阻控制在30 Ω以下。利用避雷針的保護(hù)角可以保護(hù)桿塔的導(dǎo)線與絕緣子，防止受到雷擊。該方法的成本較高，工作量大，而且安裝前要計算桿塔的承受能力。

（4）安裝避雷器。位于山頂?shù)臈U塔，在塔頂安裝避雷器和接地裝置，將接地電阻控制在10 Ω以下。以氧化鋅避雷器為例，可截斷工頻續(xù)流，從而限制雷電過電壓。該方法的成本較高，線路中的設(shè)備數(shù)量增多，而且避雷器閥片長時間承受工頻電壓易發(fā)生老化，導(dǎo)致防雷效果減弱[11]。

5 結(jié) 論

10 kV電力電纜工程是重要的民生基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，才能夠保障各行各業(yè)的快速發(fā)展。為確保電力電纜的穩(wěn)定運行，需要及時進(jìn)行10 kV電力電纜施工故障分析和經(jīng)驗總結(jié)，并制定相應(yīng)防范措施。通過這些舉措，可以有效減少10 kV電力電纜故障，提高廣大電力工作者的故障排查和修復(fù)水平，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常傳輸和運行。