10 k V电缆中间头故障时间规律分析

郝层层,孟 磊,陈香宇,杨宇晧,邵博文

(国网河北省电力公司石家庄供电分公司,石家庄 050051)

10 k V电缆中间头故障时间规律分析

郝层层,孟 磊,陈香宇,杨宇晧,邵博文

(国网河北省电力公司石家庄供电分公司,石家庄 050051)

以2014-2015年石家庄市配网电缆的故障数据为研究对象,从中间头生产质量、安装工艺和运行环境等方面介绍电缆中间头故障的原因,结合实际运行经验,对电缆中间头的故障时间分布规律及浴盆曲线进行分析。提出不同电缆故障时间段的预防措施,以降低电缆故障率。

电缆中间头;故障规律;浴盆曲线;预防措施

1 概述

近年来,随着城市配电网规模的不断扩大和架空线入地工程的不断加速,配电电缆的数量迅速上涨,电缆的健康稳定已成为城市电网安全可靠运行的重要保证。电缆受外界环境影响相对较小,电缆故障往往由自身缺陷引起,故而有一定的发展规律可循。因此,有必要探索电缆故障时间规律以降低电缆故障数量,提高电网的安全稳定性。

根据统计,2014-2015年石家庄市配电电缆由于非外力原因,共发生故障87起,而其中电缆中间头故障为75起,占比为86.21%。因此,分析电缆中间头的故障时间规律就能很好的掌握电缆故障的时间规律,其主要作用为:一是有助于加深对电缆中间头故障原因的理解;二是有助于对老旧电缆的状态进行初步的判断;三是有助于对症下药,切实降低电缆故障率[1]。

2 电缆中间头故障原因介绍

电缆中间头故障主要有三大原因。首先是中间头生产质量不合格,电缆中间头不同于电缆本体,对生产工艺要求很高。不同品牌的电缆中间头,生产质量相差很大。中间头的生产质量主要取决于应力复合管的性能、钢卡的抱紧力、尺寸的规范性、防水材料的密封性等。任何一处出现缺陷都会导致电场畸变,中间头进水等严重影响安全运行的重大问题。中间头生产质量决定了电缆中间头运行寿命的上限,如果电缆中间头生产质量不佳,良好的安装和运行环境并不能解决根本问题。

其次是施工工艺不合格,电缆中间头的安装对施工工艺的要求极高,否则会留下较大的故障隐患。一些常见的施工工艺缺陷有:电缆主绝缘有刀痕,半导电环切有毛刺、凸起,金属压接管压接顺序不正确,压接管表面有异物,应力复合管安装尺寸错误,防水带绕包松散等。刀痕、毛刺、尖端、异物等会引起电场分布不均匀,电缆产生局部放电。缺陷越严重,局部放电量越大,发生故障的时间越短。电缆中间头密封不良,防水工艺不过关会导致中间头受到潮气、水份的侵蚀,容易形成水树枝放电,引起中间接头绝缘受潮劣化。统计表明,67%的中间接头故障与密封不良有关。地下环境阴暗潮湿,如果中间头密封不良,很容易引起进水,严重减小电缆中间头的运行寿命。

最后是运行环境不佳导致中间头老化加剧,电缆中间头在运行过程中会产生不可逆的自然老化现象,这个过程在理论上是非常缓慢的,但目前电缆的运行环境比较恶劣,具体体现在电缆运行环境潮湿、部分电缆临近供热线路造成运行温度偏高等[23],大大加速了中间头的老化速度。

3 电缆中间头故障时间规律分析

3.1 故障时间规律统计

对石家庄供电公司2014-2015年故障电缆中间头投运时间进行统计分析,以每3～4年为1个间隔,可得故障时间分布情况如图1所示。

图1 故障中间头投运时间分布情况

由图1可知,电缆中间头在投运0～3年内故障数最多,达到了38起,占比48.7%。4～14年内故障数出现明显下降,基本呈均匀分布状态。15年以上的电缆中间头故障5起。再除以不同运行年限的电缆数量,就可以得到故障率和运行时间的关系呈现为一条两头高,中间低的“浴盆曲线”,具体如图2所示。

图2 故障率和时间的“浴盆曲线”

由图2可以看出,电缆在刚投运的0～3年之内,处于早发故障期,电缆故障率较高。随后,4～14年为一段较为漫长的故障中期稳定期,电缆故障率较低且较为平稳,但在4～6年或11～14年间有一个较为明显的小高峰。在电缆投运15年以后,由于自然老化,故障率呈逐年上升的趋势,进入损耗故障高发期。

3.2 各阶段故障原因

电缆中间头发生故障的原因往往不是单一的,而是多个不同程度原因的有机结合。总体来看,导致发生故障的原因越多,程度越深,中间头发生故障的时间也就越短,而且不同缺陷间的作用往往不是简单的叠加,而是互为故障发生的催化剂。例如,电缆防水工艺不过关和电缆运行环境潮湿同时存在时,中间头的使用寿命将呈几何级数的衰减。

图1中,0～3年是电缆中间头故障的第1个高发期,即浴盆曲线中的故障早发期。根据实际运行经验,其主要原因是中间头内部存在重大缺陷,例如应力复合管绝缘性能不合格,主绝缘有严重刀痕,绝缘上缠绕PVC带等非绝缘材料等,导致中间头3年之内即发生故障。

4～14年之间,中间头进入故障的中期稳定期。该阶段发生故障的中间头只具有一般性缺陷,如中间头防水工艺不过关,半导电环切有锯齿,主绝缘有浅刀痕,压接管压接顺序不正确产生尖端放电等等。不同程度,不同数量的缺陷将导致电缆中间头内部存在不同程度的放电现象,随着时间的推移,电缆主绝缘中的水树枝、电树枝不断增长,最终导致绝缘击穿,发生故障。此外,若中间头的运行环境比较潮湿,则绝缘中水树枝的增长速度将大大提高,大幅度减小中间头的使用寿命。因此,中期稳定期中,电缆中间头的故障时间取决于一般性缺陷的发展速度,而缺陷的发展速度由缺陷的数量、负载大小、运行环境共同决定。

15年之后,电缆由于自然老化,进入损耗故障期。能运行15年以上的电缆,证明电缆中间头几乎不存在缺陷。但长期的运行下,中间头的绝缘会产生不可逆的自然老化现象。绝缘的老化速度最主要取决于中间头的制造工艺,一般国外品牌的电缆中间头制造工艺优于国内品牌。此外,绝缘的老化速度还与运行环境,负荷情况有关[45],配电网中的负荷增长速度很快,负荷分配不均造成的电缆过载现象,电缆过载引起的发热将大大加快绝缘老化的进程。

4 电缆中间头故障预防措施

根据中间头不同阶段的故障特点,提出预防措施,以切实降低电缆故障率。

4.1 故障早发期

为减少故障早发期内的故障数量,则应把好电缆的入口关。一是要加强对电缆中间头厂家的生产质量监督,避免将劣质产品投入电网。二是要加强对施工质量的管理,实现电缆的精益化验收。主要体现在:

a.实施电缆中间头实名制管理,对中间头制作的个人和单位进行积分考核。

b.对电缆中间头的制作全过程进行监督指导,避免出现不按说明书施工,暴力施工等违规操作。

c.大力推行震荡波局放试验。震荡波局放试验可以检测出电缆由于内部缺陷造成的局放放电现象,尤其是新电缆的放电信号衰减较小,可最大程度的检测出内部重大缺陷。

4.2 故障稳定期

针对故障稳定期,离线震荡波局放试验受到了很大的局限:一是离线震荡波局放试验必须在停电情况下进行,增加了用户的停电时间;二是如果缺陷的发展程度不深,再加上传输信号的内部损耗,离线震荡波局放试验往往不能及时的发现电缆内部缺陷。因此,对于故障稳定期的电缆,首先可以针对重要或运行状态不佳的线路开展在线局放监测,在线局放检测无需设备停电,且可以长时期不间断的进行检测,因此能及时发现电缆内部缺陷,并据此安排检修计划。其次,应建立重要电缆的状态病历,详细记录电缆的负载大小,故障次数,以及每次试验时的绝缘阻值和泄漏电流的大小,根据变化情况推断缺陷的发展程度,及时安排大修技改方案[68]。

4.3 损耗故障期

针对处于损耗故障期的电缆,则应根据中间头品牌、运行环境、负载大小的不同,开展极化损耗试验,测定电缆的介质损耗,并根据老化情况及时安排退运计划。

5 结论

a.为减小早发故障期的故障数量,主要应加强验收管理,采用离线震荡波局放试验检测电缆内部重大缺陷。

b.针对中期稳定期则应以实时监测的在线局放试验为主,同时应建立重要电缆的状态病历。

c.对处在损耗故障期的电缆则应开展老化检测试验,并根据老化情况及时安排退运计划。

[1] Q/GDW 456-2010,电缆线路状态评价导则[S].

[2] 邱昌容,王乃庆.电工设备局部放电及其测试技术[M].北京:机械工业出版社,1994.

[3] 焦 振,夏 泉.高压电力电缆线路事故统计与分析[J].供用电,2011,28(2):6466.

[4] 解 磊.电力电缆故障统计模型研究[D].济南:山东大学, 2013.

[5] 罗智奕.110 k V、220 k V交联电缆阻尼振荡波检测技术应用[D].广州:华南理工大学,2011.

[6] 戴静旭,刘 杰,王彦伟.高压电缆故障原因分析及对策措施[J].高电压技术2004,(S1):5457.

[7] 陆志雄,沈谅平.XLPE电力电缆局部放电检测技术综述[J].湖北电力,2004,24(2):2830.

[8] 任建柱.电力电缆局部放电信号的检测技术[J].数字技术与应用,2010,12(3):7374.

本文责任编辑：罗晓晓

Analysis on Fault Time Law of XLPE Cable Joint on 10 k V

Hao Cengceng,Meng Lei,Chen Xiangyu,Yang Yuhao,Shao Bowen
(State Grid Hebei Electric Power Company Shijiazhuang Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China)

at present,the number of Shijiazhuang distribution cable is becoming more and more,so how to effectively control the number of cable fault became a big problem.This paper is based on the data of Shijiazhuang distribution cable's fault in 2014-2015,consider to the quality of accessories and installation process and running environment,and combines with the actual operation experience,preliminary discussed the fault time distribution of cable joint,and put forward the tub curve.Finally,according to the different time,put forward the corresponding solutions in order to reduce cable fault rate.

cable joint;law of fault;tub curve;solution

TM755

B

10019898(2017)02005103

20170224

郝层层(1988-),男,工程师,主要从事电力电缆状态检测技术研究工作。