带电检测技术在电缆设备缺陷发现中的应用

王 波，陈云飞，刘军宇

（国网天津市电缆公司，天津 300170）

0 引言

电缆作为重要的电力设备，在城市化进程中发挥着越来越重要的作用，被广泛应用于商业中心、车站、主要道路等不宜于敷设架空线路的区域。与架空线路相比，电缆的敷设更为隐秘，发生故障后故障点的查找和修复也更加困难。为进一步提高电缆的运维管理水平、缺陷发现能力，诸多带电检测技术如红外检测、局部放电检测、接地电流检测等逐渐被广泛应用［1］。

截至2019 年底，天津地区在运35 kV 及以上电缆线路长度超过5 000 km。经统计，共发生35 kV 及以上电缆线路故障25 次。从设备类型来看，电缆本体故障13 次，终端故障4 次，中间接头故障8 次；从故障原因来看，附件安装质量问题8 次，外力破坏6次，电缆本体击穿7 次，火灾及异物导致跳闸4 次。而通过局部放电、环流、红外等带电检测手段，发现异常达到149 处，其中局部放电异常35 处，环流异常101 处，红外异常13 处。由此可以看出，带电检测技术在维护电缆设备安全稳定运行方面发挥了巨大的作用，能够有效降低停电事故的发生概率。

随着近年来电缆敷设里程的增加，电缆设备故障类型和特点也在不断发生变化。介绍一起110 kV 户外电缆终端带电检测结果异常案例的分析及处理过程，通过对电缆终端解体确定了异常原因，并针对性地提出了反事故措施，为避免同类事件的发生提供参考。

1 设备概况

以某110 kV 线路为例，该线路为架空线—电缆混合输电线路，全长1.177 km，其中一电缆段为A塔—甲变电站，采用单点直接接地的方式。接地系统如图1 所示。其中，A 塔为充油套管式户外终端，为直接接地侧，甲变电站侧为GIS 终端，采用保护接地的接地方式。该段电缆于2010 年11 月投运，电缆型号为YJLW03－64／110－1×800 mm2。

图1 接地系统

2 带电检测情况

2019 年6 月17 日夜间，在电缆周期性带电检测工作中，发现A 终端塔B 相尾管处温度异常，温度明显高于其他两相，检测采用的设备为FLIR T630 红外测温仪。根据红外成像，确定发热点位于B 相尾管。

在检测到发热现象后，立即对该段电缆的接地电流进行了检测，发现该线路A 塔至甲变电站电缆段三相接地电流全部偏高。为避免发生严重事故，排除设备缺陷隐患，随即停电对该段电缆的接地方式进行了检查，对B 相电缆终端进行了更换，并对原设备开展解体分析工作。

2.1 红外检测结果分析

对A 塔电缆终端进行红外检测，发现终端本体、避雷器、线夹都无异常，只有B 相相终端尾管处温度明显偏高，三相终端的红外热像如图2 所示。

根据红外热像图所呈现的图谱特征，三相尾管的区域的最高温度出现在B 相电缆终端尾管处，为61.3 ℃，A、C 两相温度分别为22.4 ℃、23.0 ℃。B 相比A、C 两相温度分别高38.9 ℃、38.3 ℃。参照Q／GDW 11223—2014《高压电缆状态检测技术规范》中5.1.3中高压电缆线路红外诊断依据： 金属连接部位相间温差≥10 K 判定为缺陷。可以认定终端B 相尾管发热异常为缺陷。

2.2 接地电流检测结果分析

为防止盗割，天津地区所有户外终端塔均采取铜排接地的方式，因A 塔户外终端不具备对接地电流的检测条件，故只对对侧站内电缆接地箱采用高频钳形电流传感器对接地电流进行检测。检测数据如表1 所示。

图2 A 塔户外终端红外热像

表1 站内终端接地箱接地电流检测数据

经查询，该段电缆长度773 m，无中间接头。当时负荷电流仅为96.3 A，站内A、B、C 三相地线环流负荷比均超过50%。其中C 相绝对值高达77.3 A，负荷比高达80.27%，根据《高压电缆状态检测技术规范》中的诊断依据，接地电流与负荷比值超过50%，判定为异常。按照规程判定为缺陷，应停电检查。

经停电检查发现，该110 kV 线路A 塔电缆终端和站内电缆终端接地方式都为直接接地，分别如图3、图4 所示。

图3 站内电缆接地箱接地方式

图4 A 塔电缆终端接地方式

正常情况下，根据DL／T 1253—2013《电力电缆线路运行规程》中对金属屏蔽（金属套）和铠装接地方式的规定，单芯电缆金属屏蔽在线路上至少有一点直接接地［2］。这是因为当导体线芯流过交变电流时，金属护套会在交变磁场作用下产生感应电动势，其大小与电缆的长度和流过的电流呈正比。为避免电压过高造成击穿，需将金属护层接地。当电缆长度较短时，可采取一端直接接地、另一端经保护器接地的方式，如图5 所示。而对于较长的电缆，一般采用交叉互联的方式来降低护套上的感应电压。

图5 单端接地方式

该线路A 塔到站内的电缆段两端的接地方式均为直接接地，电缆金属护层两端直接接地，与大地共同构成闭合回路，在感应电压的作用下，产生了与负荷水平相接近的接地电流。过大的接地电流在造成电能损失的同时，还会造成热量的积累，在金属连接不紧密的部位尤为严重，甚至可能造成电缆设备击穿、起火，造成停电事故的发生［3］。

2019 年6 月22 日，该110 kV 线路停电处理缺陷，在A 塔加装过电压限制器，使接地系统符合规程。整改后接地电流数值如表2 所示。

表2 整改后站内终端接地箱接地电流检测数据

由表2 中数据可以看出，经整改后，接地电流减小，符合要求。

3 电缆终端体情况

2019 年6 月22 日，停电处理缺陷，停电检查并更换B 相电缆终端。经解体发现，B 相尾管与电缆金属护套封铅不良，已出现间隙，如图6 所示。

由解体情况可知，因封铅工艺造成的尾管与电缆金属护套接触不良，导致连接处电阻变大是造成此次发热现象的主要原因，再加上线路两端都为直接接地方式，流经金属护套的电流较大，从而导致发热严重。为处理此缺陷，作业人员重新封铅，确保尾管与金属护层接触良好，并在A 塔加装保护器，确保接地方式正常，减小了接地电流。

图6 A 塔终端B 相尾管

4 反事故措施

封铅作为高压电缆附件制作关键工艺之一，一旦因安装质量不合格或在运行中受振动等因素影响导致开裂，易造成设备受潮、进水或接触不良，若长时间在此状态下运行，易引发停电跳闸事故［4］。

涡流探伤是在电磁感应工作原理基础上，利用交变磁场接近导体材料产生涡状电流，涡状电流在导体材料中流动形成逆向磁场，该逆向磁场与原磁场实现动态平衡。当金属材质不连续，存在开裂、划痕等情况时，该平衡被打破，使得检测线圈的阻抗发生变化，达到检测金属表面是否存在缺陷的目的，广泛应用于无缝焊接、冶金等领域［5］。近年来，逐步被应用于检测高压电缆附件封铅裂纹、孔洞等缺陷。国网天津公司也对部分线路进行试点，开展涡流探伤工作。图7 所示为站内终端涡流探伤工作现场。

图7 站内终端涡流探伤

涡流探伤工作操作简单，无须停电，但仅限于导体表面及近表面的检测，存在一定制约。在实际应用中还须结合现有的局部放电、红外、接地电流检测等带电检测手段，共同维护电缆设备的安全稳定运行。

5 结语

电缆终端因其复杂的绝缘结构，现场制作安装易受工艺水平、环境条件等因素的影响。根据近年来对电缆设备周期性带电检测工作的整理，发现发热情况主要集中在电缆终端，接头及部件连接处，也存在由于电缆本体外护套破损导致的局部发热。

针对天津电网某110 kV 线路A 户外终端塔带电检测发现的红外异常，进行了一系列的检测分析工作，最终可得出结论为：

1）根据红外热像仪拍摄的红外图像，将缺陷定位在电缆终端尾管处，与解体发现的实际缺陷位置相吻合，验证了带电检测结果的有效性。

2）解体发现电缆因封铅工艺不良造成尾管与电缆金属护套接触电阻过大，加之接地方式错误是造成此次缺陷的根本原因。在长期运行下，造成尾管严重发热。

为避免此类问题的发生，除加强安装施工过程中质量把控，按周期开展电缆带电检测工作之外，还须在红外检测过程中加强对尾管处的观测，防患于未然。在条件允许的情况下，可以针对性地对此类问题开展涡流探伤排除隐患。