浅谈10kV电力电缆故障原因及防范措施

发表时间:2019/3/29   来源:《电力设备》2018年第28期   作者:梁晖朋
[导读] 摘要:随着我国经济不断发展,城镇规划建设不断完善和人民生活水平的提高,电力电缆在配网电能传输和分配中起到越来越重要的地位。
        (广东电网有限责任公司东莞供电局)
        摘要:随着我国经济不断发展,城镇规划建设不断完善和人民生活水平的提高,电力电缆在配网电能传输和分配中起到越来越重要的地位。10kV电力电缆因为具有较高的稳定性,在传输分配电能方面性能比较优越,而且又能够美化城市,应用范围十分广泛。敷设在地下等隐蔽处不易受到外力的侵害,从而也减少了事故的发生率;确保供电安全,较少人身伤害;电力电缆的维护工作简单,不用频繁检查;不需架设杆塔;同时还有利于提高功率因素,在很多场合被合理的使用。但在电力电缆的运行中,经常会出现各方面的故障,电力电缆运行的可靠程度,对各大电力系统都有重要的影响,这一点也越来越受到电力运行部门重视。分析电力电缆发生故障的主要原因,掌握相关的电力电缆故障防范措施,能及时发现电力运行中隐患,预防意外事故的发生,防止停电事故或者人员伤亡。为此,本人结合管辖万江区配电网电力电缆故障原因,经过积极探索和对故障电力电缆的分析研究判断,也积累了一定的经验,现对电力电缆故障发生的原因、性质和防范措施,进行探讨。
        关键词:电力电缆  故障原因  防范措施
        前言
        由于电网结构的调整和城市规划的要求,电力电缆的使用愈来愈多, 电力电缆运行的安全与否,对电力系统的影响较大,这一点也越来越受到电力运行部门的重视。了解电力电缆发生故障的主要原因,并掌握电力电缆故障的防范措施,有助于及时发现和排除电力电缆隐患,预防发生意外停电事故或电力电缆损坏事故。从而大大降低电力线路故障,进而降低电网中事故的发生频率,保证配电网安全稳定、提高供电可靠率。
        一、东莞市万江辖区10kV电力电缆线路运行基本情况
        万江辖区10kV配电线路总共112条,其中全电力电缆线路33条、混合型线路79条,公用线路电缆长度为873.89公里,公用线路电缆条数为2305条。2016年1月至2017年12月共发生电力电缆故障30次,其中因机械损伤导致的故障次数为2次,因绝缘受潮引发的故障次数为8次,因过电压引发的故障次数为6次,因过绝缘老化引发的故障次数为14次。万江区地处东莞市水乡片,地势较低,电缆沟长年积水严重,公共电缆沟被排污水尤其严重,差不多每年都有电缆中间头受潮放电故障,电缆长期泡污水和分接箱受潮对配网运行造成极大危胁。(图1)
  
        图1:电缆泡水抢修
        二、10kV电力电缆故障主要原因
        电力电缆的生产、敷设、终端头和中间头的制作工艺、附件工艺、运行条件等与电缆投运后能否正常运行密切相关,上述任何环节出现问题,都将给电缆投运埋下故障隐患。根据万江辖区近年来对有关电力电缆发生故障的原因进行统计分析, 电力电缆故障多为绝缘损伤造成的闪络性故障和泄漏性故障引起的电缆故障。
        (一)电缆设计不良、选用材料不合理、工艺流程不合理导致电缆故障
        材料及产品质量缺陷主要有以下几点:电缆制造过程中护层上留下缺陷,在包缠绝缘层过程中纸绝缘层上出现褶皱、裂痕、破口和重叠间隙等缺陷,电缆附件在制造过程中出现缺陷,在工艺流程中对绝缘材料的维护管理不善,造成电缆绝缘层受潮、脏污和老化,终端头和中间头在制作过程中造成的质量缺陷等。另外,电力电缆在制造过程中也存在利用旧电缆及附件的情况,这种以旧充新或以旧补旧的做法虽然在利用材料、节约资金方面有好处,但对设备完好率却影响很大。
        (二)机械损伤导致电缆故障
        机械损伤导致电缆故障是比较常见的一种原因。由于机械外伤引起的电力电缆运行故障,在电缆发生的故障中占主要地位。有些机械损伤是很轻的,可能在当时并没有出现损害,但在长时间的使用和消耗过后,就会形成故障。造成机械损伤的原因有几种:(1)电缆直接受外力破坏,如一些建设项目盲目施工、电缆敷设不规范、电缆遭到
        人为破坏损伤(图1)
        电缆在安装时受到损伤,如机械牵引力过大而损坏电缆,电缆弯曲半径超过允许弯曲半径而损伤绝缘层、电缆剥切尺寸过深引起电缆损伤,或其它不规范作业方法均可导致的绝缘层和保护层损伤(图2);
  
        图1:外力破坏现场
  
        图2:敷设时绝缘层受损
        一些自然现象也可造成电缆的损伤,如由于热胀冷缩现象造成中间头或终端头的绝缘胶膨胀而胀裂外壳或附近电缆护套,因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮擦破, 因地表塌陷沉降、山体滑坡等引起的过大拉力而拉断中间接头或电缆本体,由于大型设备或车辆的频繁振动而造成电缆损坏等。
        (三)绝缘老化导致电缆故障
        电缆老化变质也极易引起电缆故障(图3),老化变质的原因主要有以下几点:(l)电缆长期过负荷工作;(2)电缆超期服役;(3)电缆沟内电缆布置密集;(4)电缆沟及电缆隧道通风不良;(5)电缆与热力管道安设距离太近等。
 
        图3:电缆中间头绝缘老化
        (四)绝缘受潮导致电缆故障
        绝缘受潮后,电缆本身的耐压力下降,电缆会因此出现故障。电缆受潮的主要原因有:(l)因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水。(2)电缆制造不良,金属护套有小孔或裂缝。(3)金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔。
        (五)过电压导致电缆故障
        过电压会使有缺陷的电缆绝缘层发生电击穿,引起电缆故障。其主要原因有:大气过电压(雷击);内部过电压。
        三、电力电缆故障防范措施
        (一)加强电缆巡视,防止电缆线路的外力破坏
        电缆线路本身的事故很大一部分是由于外力机械损伤而造成的。为了防止电缆线路的外力破坏, 必须重视电缆线路的巡视工作。制定相应的巡视制度,确定巡视周期。巡视人员在巡视中应认真填写巡视记录,应了解各地区挖掘情况,应特别注意电缆线路周围有无建筑及挖土情况, 电缆线路上有无重物堆放。巡视中如发现有对电缆线路有损害的行为,应及时进行劝阻、制止,必要时应向有关部门汇报,依据《电力设施保护条例》的有关条文采取必要的强制措施。对于已经因挖掘而暴露的电缆应采取防护措施, 如安全悬吊于基坑边上,加上防护罩,增加巡视次数,与施工单位签订电缆保护协议等,将可能发生的外力破坏消灭在萌芽之中。
        (二)加强技术培训,严把试验和验收关,提高电缆施工和运行质量
        电缆工程施工质量的好坏、运行方式的妥当与否,直接关系到电缆线路能否长期安全的运行。因此应加强对电缆施工、运行人员技术培训,提高他们的技术水平,以提高电缆的施工、运行质量。同时在制定电缆现场运规中作一些规定, 如严禁在雨天、湿度比较大、尘土飞扬、气候条件恶劣的时候进行电缆终端、接头的施工,以避免电缆施工不良引发的电缆故障。
        电力电缆运行前应对整个电缆线路工程进行检查,并审查试验记录,确认工程全部竣工、符合设计要求、施工质量达到有关规定后,电缆线路才可以投入运行。
        对已运行的电缆线路要严格按照《电力设备预防性试验规程》有关要求、试验项目、标准要求、试验周期对电缆进行预防性试验(图4),发现隐患及时处理,防止计划外停电或故障停电事故的发生。
  
        图4:对电缆进行预防性试验
        (三)加强有关技术资料管理,完善电缆标识,减少电缆意外损伤
        施工前进行积极的图纸会审,与设计和其他技术人员进行沟通,在适当地点增加避雷器,能有效的避免一定程度的大气过电压和内部过电压。
        施工竣工图要与现场实际情况相符,且绘制规范并做到及时存档,中间接头要标明坐标、接头方式,图上应详细绘出电缆的准确走向并将电缆的标示桩、牌的实际位置准确。
        在电缆通道上设置电缆标志牌或桩,使进行电缆巡视的运行人员能方便地识别电缆通道,容易发现电缆通道及周围地形的变化、开挖情况,也便于其他单位在通道周围进行开挖施工时能清楚的看清电缆的大致位置,以避免挖到电缆引起意外损坏,引发电缆故障。
        (四)监视负荷电流,预防过负荷产生绝缘击穿
        电力电缆运行规程规定,电缆线路原则上不允许过负荷运行。超负荷运行,使电缆温升增加,加快了电缆绝缘的老化,使电缆的寿命大大降低,运行中使电缆绝缘薄弱处(如接头)发生击穿事故。所以根据电缆敷设方式、运行条件、环境温度、并列条数对电缆的长期允许载流量进行校核并作出规定,运行中依据所定的规定值对电缆载流量进行测量监视,在负荷高峰期应用红外线测温仪对电缆的节点测温,防止电缆温度过高、过热, 及时掌握电缆的运行情况,以避免发生电缆长期过负荷运行造成的电缆故障
        四、创新提升经验
        电缆防火防潮防腐技术改造:根据2016年万江供电分局反措计划表中防止电缆中间头潮湿放电事故的工作计划,在2017年5月选取了110kV石美变电站10kV蚬涌工业园线(722)和10kV西城线(721)电缆沟蚬涌工业路及黄粘洲路段两个试点,进行防火、防潮、防腐处理,以观察电缆分接箱防潮以及中间头防火、防潮、防腐处理效果。
        具体做法:其工艺主要是对电缆中间头工作井两侧建双防堵墙和电缆分接箱进出口建双防堵墙,在两侧墙电缆管道口(包括已放电缆以及未放电缆的管口)加装特制管塞,并用防水涂料进行包封。对电缆工作井井底及四周井壁进行清淤,并加涂防腐防水涂料。
 
 
        (平面图)
        (一)达成效果
        经一年多运行观察,发现110kV石美变电站10kV蚬涌工业园线(722)和10kV西城线(721)电缆沟蚬涌工业路及黄粘洲路段两个试点电缆井经防火、防潮、防腐处理后效果明显,防堵墙内无积水,中间头安全运行,电缆分接箱底无潮湿。对于防堵墙外的电缆沟积水,可通过定期抽排处理。
 
        (图一)改造前
 
        (图二)改造后
        结语
        综上所述,电缆故障的预防需针对故障原因制定出一系列有效的防止对策,这是电缆施工、运行工作的一个重要内容,无论是在理论上还是在实践上都还有很多问题有待解决。了解电缆发生故障的真正原因,掌握电力电缆故障的有效防范措施,对防范电缆故障具有重要的指导性意义,对电力运行,对使用单位的设备维护都有积极的作用,同时对电力电缆进行故障诊断也具有很好的参考价值。我分局通过制定防止电力电缆故障的有效防范措施后,在2018年1月至6月份开始对万江辖区使用时间较长、能够转电的10kV电缆进行预防性试验,共计进行了35条10kV电缆的预防性试验,其中有3条10kV电缆在试验过程中验出存在隐患,并及时消缺。同时又减少了3次10kV电缆故障的风险,到2018年6月止万江辖区仅发生10kV电缆故障2次,有效地减少10kV线路故障的发生和提高了供电可靠性。
        致谢
        在黄沛成、袁建洪悉心指导和帮助下,通过自己的努力,翻阅了许多的专业书籍,查找大量的技术参数和各种数据,终于圆满完成了本论文。为此,对黄沛成、袁建洪为本文修改提供了宝贵意见,表示衷心感谢!
        参考文献
        [1]雍静:供配电系统,北京,机械工业出版社,2003.8.
        [2]崔政斌:用电安全技术,北京,化学工业出版社,2004.10.
        [3]王存莲:机电安全技术,北京,化学工业出版社,2006.1.
        [4]史传卿.电力电缆安装运行技术问答[M]北京:中国电力出版社出版,2002.08
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