一 緒論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活的用電量日益增加，對(duì)電力的需求量越來(lái)越大，要求電網(wǎng)的安全運(yùn)行也越來(lái)越高。而作為連接各種電氣設(shè)備、傳輸和分配電能的電力電纜，已逐漸取代了架空線的位置。電纜供電的傳輸性能在城鄉(xiāng)內(nèi)比架空線既穩(wěn)定，可靠性高，且占地小，不會(huì)造成對(duì)市容的影響，也不受自然環(huán)境的制約，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在城市電網(wǎng)中。相應(yīng)地電纜故障發(fā)生次數(shù)也在增加,對(duì)電網(wǎng)的影響也在增大。找出電力電纜故障原因,并采取相應(yīng)措施防范故障的發(fā)生,已成為當(dāng)前電業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行面臨的一個(gè)重要課題。交聯(lián)聚乙烯電力電纜作為主流產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輸電線路和配電網(wǎng)中。截止到2010年10月，杭州電力局已投運(yùn)的220kV電壓等級(jí)交聯(lián)聚乙烯電力電纜有5km，110kV電壓等級(jí)的有50多km。全國(guó)據(jù)不*統(tǒng)計(jì)，已投入運(yùn)行的110kV及以上的高壓電纜線路已經(jīng)超過(guò)1000km，zui高電壓等級(jí)已達(dá)500kV。資料表明：在對(duì)全國(guó)主要城市126家電力電纜運(yùn)行維護(hù)單位10kV以上的電力電纜（總長(zhǎng)度91000km）在1997至2001年期間運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)和故障原因分析發(fā)現(xiàn)，10-220kV電力電纜的平均運(yùn)行故障率由1997年的11.3次/（百公里·年）逐年下降到2001年的5.2次/（百公里·年），但相對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家仍高出約10倍。電力電纜線路故障率和多數(shù)電力設(shè)備一樣，投入運(yùn)行初期（1～5年內(nèi)）容易發(fā)生運(yùn)行故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問(wèn)題;運(yùn)行中期（5～25年內(nèi)），電纜本體和附件基本進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)期，線路運(yùn)行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹(shù)枝狀老化擊穿和附件呼吸效應(yīng)進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電;運(yùn)行后期（25年后），電纜本體絕緣樹(shù)枝老化、電-熱老化以及附件材料老化加劇，電力電纜運(yùn)行故障率大幅上升。

二 高壓電纜故障分類(lèi)

2.1 高壓電纜的構(gòu)成

電力電纜按絕緣介質(zhì)不同大致可分為油浸紙絕緣電纜、塑料電纜、橡皮電纜、充油電纜,目前,電力系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛的是塑料電纜,它由導(dǎo)體芯線、絕緣層、半導(dǎo)電層、金屬屏蔽層、外護(hù)套層組成。

三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電力電纜

2.2 故障產(chǎn)生的原因

高壓電纜系統(tǒng)故障分類(lèi)的方法很多，按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類(lèi)大致分為以下幾類(lèi)：廠家制造原因、施工質(zhì)量原因、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)原因、外力破壞四大類(lèi)。

2.2.1 廠家制造原因

廠家制造原因根據(jù)發(fā)生部位不同，又分為電纜本體原因、電纜接頭原因、電纜接地系統(tǒng)原因三類(lèi)。

2.2.1.1 電纜本體原因

現(xiàn)高壓電纜制造在原材料及機(jī)器設(shè)備方面已經(jīng)成熟，且電纜在出廠前要進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)160千伏，半小時(shí)通過(guò)為合格（IEC60840要求），所以一般電纜本體出現(xiàn)問(wèn)題的概率比較小。保證產(chǎn)品質(zhì)量不僅要有好的設(shè)備（國(guó)內(nèi)現(xiàn)在有好幾個(gè)電纜廠家設(shè)備都具有較高水平），更需要有好的技術(shù)人員、操作人員和嚴(yán)格的檢驗(yàn)控制，因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中杜絕不合格產(chǎn)品很難，不少?gòu)S家在生產(chǎn)過(guò)程中都出現(xiàn)過(guò)不合格產(chǎn)品，但通過(guò)嚴(yán)格的檢驗(yàn)可以分析問(wèn)題，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)，但如果廠家不嚴(yán)格按照規(guī)定生產(chǎn)，或者為趕工期進(jìn)行搶工，那么產(chǎn)生不合格產(chǎn)品的幾率就大大提高。一般電纜生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)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、電纜金屬護(hù)套密封不良等，有些情況比較嚴(yán)重可能在竣工試驗(yàn)中或投運(yùn)后不久出現(xiàn)故障，大部分在電纜系統(tǒng)中以缺陷形式存在，對(duì)電纜長(zhǎng)期安全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。電纜本身塑料絕緣中存有雜質(zhì)缺陷,運(yùn)行中形成電樹(shù)枝,隨運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),放電樹(shù)枝不斷擴(kuò)大zui后貫穿形成故障。因此電纜產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響電纜的使用壽命和運(yùn)行安全可靠性。

圖為電纜絕緣擊穿

2.2.1.2 電纜接頭制造原因

高壓電纜接頭以前用繞包、模鑄型、模塑型等類(lèi)型，需要現(xiàn)場(chǎng)制作的工作量大，并且因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會(huì)有氣隙和雜質(zhì)，所以容易發(fā)生問(wèn)題?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)普遍采用的型式是組裝型和預(yù)制型。

組裝型接頭的絕緣部分分為兩部分：環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒和預(yù)制的應(yīng)力錐。為了保證應(yīng)力錐與環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒和應(yīng)力錐與電纜絕緣結(jié)合界面有足夠的壓力，以提高結(jié)合面允許的zui高場(chǎng)強(qiáng)，在設(shè)計(jì)了一組用于壓緊應(yīng)力錐的彈簧壓緊裝置。預(yù)制型接頭由富有彈性的硅橡膠或三元乙丙橡膠制成。接頭集改善電場(chǎng)分布的應(yīng)力錐、導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽和接頭的主絕緣于一體，全部在工廠預(yù)制成型，由過(guò)贏配合來(lái)保證結(jié)合面的壓力;又由于硅橡膠和三元乙丙橡膠的膨脹系數(shù)接近且具有彈性，在運(yùn)行中當(dāng)負(fù)荷變化、溫度變化引起熱脹冷縮時(shí)，能自動(dòng)平衡，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。

電纜接頭又分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，不管什么接頭形式，電纜接頭故障一般都出現(xiàn)在電纜絕緣屏蔽斷口處，因?yàn)檫@里是電應(yīng)力集中的部位，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(wèn)題、密封圈漏油等原因。

2.2.2 施工質(zhì)量原因

電纜的很多故障是由于敷設(shè)安裝時(shí)造成的機(jī)械損傷或敷設(shè)后在電纜線路上施工造成的外力損傷，而直接引起的。有時(shí)雖然損傷輕微，但在幾個(gè)月甚至幾年后其損傷部位的絕緣將逐漸降低而導(dǎo)致?lián)舸?。因此施工質(zhì)量導(dǎo)致高壓電纜系統(tǒng)發(fā)生故障。主要原因有以下幾個(gè)方面：一是現(xiàn)場(chǎng)條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時(shí)環(huán)境和工藝要求都很高，而施工現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、灰塵都不好控制。二是電纜接頭施工工藝要求比較高，一般要求練習(xí)三年后才能安裝110千伏及以上接頭，有些施工隊(duì)伍水平不高，只經(jīng)過(guò)幾天培訓(xùn)就開(kāi)始施工，有些地方存在盲目施工問(wèn)題，認(rèn)為電纜接頭很簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高，不會(huì)出事。三是電纜施工過(guò)程中在絕緣表面難免會(huì)留下細(xì)小的滑痕，半導(dǎo)電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，另外接頭施工過(guò)程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會(huì)吸入水分，這些都給長(zhǎng)期安全運(yùn)行留下隱患。四是安裝時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照工藝施工或工藝規(guī)定沒(méi)有考慮到可能出現(xiàn)的問(wèn)題。五是竣工驗(yàn)收采用直流耐壓試驗(yàn)造成接頭內(nèi)形成反電場(chǎng)導(dǎo)致絕緣破壞。六是因密封處理不善導(dǎo)致。密封對(duì)中間接頭來(lái)說(shuō)主要是防水問(wèn)題。南方水位高，不管采用排管、直埋接頭還是溝槽電纜接頭都經(jīng)常泡在水中。北方雖然水位低，但在雨季隧道、排管的接頭井內(nèi)也經(jīng)常有積水。所以保證中間接頭的密封防水性能至關(guān)重要。因?yàn)閺膰?yán)格意義上講，塑料無(wú)法保證水分子的不侵入，所以杭州地區(qū)規(guī)定中間接頭必須采用金屬銅外殼外加防水殼并灌注密封膠的密封結(jié)構(gòu)，這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。

因施工質(zhì)量原因造成的嚴(yán)重缺陷一般在投運(yùn)前的竣工試驗(yàn)時(shí)或投運(yùn)后一兩年內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)故障，而一些小的問(wèn)題可能就成為長(zhǎng)期運(yùn)行的隱患。采用專(zhuān)業(yè)的施工隊(duì)伍和加強(qiáng)接頭安裝人員的技術(shù)水平和質(zhì)量意識(shí)是減少電纜事故的重要途徑。

圖為因施工質(zhì)量引起的高壓電纜故障

在國(guó)內(nèi)好幾個(gè)地方都發(fā)現(xiàn)因交叉互統(tǒng)接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的電纜護(hù)層感應(yīng)電流上升的情況，因?yàn)楝F(xiàn)在變電站接地電阻一般很小，而電纜載流量越來(lái)越大，所以交叉互統(tǒng)接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的電纜護(hù)層感應(yīng)電流相當(dāng)大，金屬護(hù)套內(nèi)感應(yīng)電流達(dá)到300多安培，導(dǎo)致終端尾管接地點(diǎn)發(fā)熱。

至于在電纜敷設(shè)過(guò)程中側(cè)壓力超過(guò)要求、電纜彎曲半徑過(guò)小、刮傷外護(hù)套等情況經(jīng)常遇到，接頭制作過(guò)程中電纜處理粗糙電纜表面有剝削絕緣屏蔽時(shí)留下的刀痕、電纜未加熱調(diào)直、絕緣屏蔽末端有凹坑等情況也時(shí)有發(fā)生，這些對(duì)電纜系統(tǒng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行危害很大，甚至導(dǎo)致電纜系統(tǒng)在一兩年內(nèi)出現(xiàn)故障。

2.2.3 外力破壞

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，各地外力破壞事故不斷增加，一般直埋電纜因?yàn)闆](méi)有保護(hù)所以容易遭受外力破壞，電纜溝槽和隧道內(nèi)的電纜相對(duì)不容易受到外力破壞。關(guān)于直埋電纜被外力破壞的事例很多，大部分情況是被挖斷，有時(shí)候也會(huì)因?yàn)榈貙酉孪輰?dǎo)致電纜受到過(guò)大的拉力導(dǎo)致?lián)舸┦鹿?。zui近幾年，銅價(jià)一路暴漲，銅成了緊俏貨，一些不法分子也盯上野外那些電力電纜，造成破壞事故不斷增加。