高压电力电缆故障原因分析和试验方法

王政

上海东捷（建设）集团有限公司 上海 200120

引言

现阶段，物联网技术已经在发电机﹑变压器﹑输电线路，以及各种二次设备的状态监测中得到了推广使用。其中，电力电缆作为电力系统中连接各类电气设备的重要工具，保证其工况良好对维护整个电力系统的稳定运行有重要影响。基于此，设计一种适用于电力电缆状态监测的物联网监测系统，成为新时期电力运维与管理工作的一项重要任务。

1 电力电缆故障分析的意义

根据我国现行标准的规定，高压电力电缆是指额定电压为1000V以上的电力电缆，是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，其基本结构是由线芯（导体）﹑绝缘层﹑屏蔽层和保护层4部分所组成，在我国电力线路中所占的比重越来越大。可以说，高压电力电缆运行的安全性与稳定性，对于国家发展及社会经济进步具有十分重大的影响，一旦其运行出现故障，就会造成大范围﹑大面积的停电，影响到居民的正常生活以及企业的生产经营活动。因此，对高压电力电缆出现故障的原因进行分析，是电力部门必须把握的重要问题。只有认真分析高压电力电缆出现故障问题的原因，才能针对性提升高压电力电缆试验方法以及检测技术的专业性[1]。近年来，随着我国的城市化发展和工业化建设，在有限的区域内，高压电力电缆的数量不断增加，导致这些地区的电缆之间的绝缘状态不断降低，极易发生故障问题。而通过系统的故障分析，并配套以科学的试验方法及检测技术，才能做到对高压电力电缆故障问题的“防患于未然”，确保其运行的安全性与稳定性。但在进行分析和检验的过程中，工作人员必须注意，由于高压电力电缆规模较为庞大，同时构造也比较复杂，导致故障问题也相对较为复杂，因此，在检验的过程中必须秉持严谨的态度，严格按照规定的程序，运用科学的方法进行检测试验，从而确保工作的质量和效率。

2 电缆故障原因

2.1 运维管理问题

高压电缆在长期运行过程中会受到多种因素的影响，进而出现不同程度的绝缘﹑老化现象，为了保证高压电缆能正常运行﹑确保供电系统的稳定性，电力企业需要选派专业的运维管理人员对其进行维修﹑养护管理工作，以此提升高压电缆的可靠性。但部分工作人员对规范操作的意识认知不足，在实际运维管理过程中并没有严格按照高压电缆的运维管理标准实施操作，进而导致运维管理工作不到位，无法及时修复或排除高压电缆中的安全隐患，进而便会影响到高压电缆的运行质量。在实际运维管理工作中，如若操作人员的操作行为不规范﹑没有依照标准要求佩戴防护装置，那么便容易出现设备损坏或运维人员触电事故，这样一来不仅无法保证高压电缆的运维管理质量，还会威胁到相关人员的生命安全。

2.2 绝缘老化

导线的绝缘问题其主要表现为导线的树枝状老化现象，大致分为以下几类[2]：①电枝条。电枝条由于内部电场的变化高度，而引起部分放电形成。电枝条老化的整个阶段主要包括了3个部分，第一个是诱导阶段，第二个是成熟期，第三个是击穿阶段。在诱导阶段中并无明显的部分放电现象出现，而是加压到所规定的时限内，才发生了部分释放的现象。在生长时期中的部分释放仅要求很小的交流电压就可以保持，该时期的枝条的种类逐年增加，部分释放的电流频率也在逐年的增加中。②水树枝，水枝条形成的主要原理就是由内部的失水所造成的，而水枝条的产生前提一定是内部电场﹑水和起点。因为导线的制造﹑铺设﹑安装和管理的各个环节都有机会进行水分的侵蚀，有些水分渗入非导体，绝缘体在交变电场的持续作用下，水分持续的渗入到终极点内部，从而产生了树枝状。

2.3 电网需求不断增长

在我国工业用电﹑生活用电的需求量不断增加的今天，盲目提高电网的负载率并不是一项科学的举措——在传统高压电力电缆设备的运行压力不断提升的过程中，对整个电网造成的损耗也是显而易见的。如果电网规模不能及时扩大且高压电力电缆长时间处于高负荷的状态，电网传输电能的效率和质量均会下降，最终会造成资源利用率降低﹑安全隐患频繁出现的情况。

2.4 自然因素的影响

在高压电缆运行期间，时常因自然因素的影响而发生故障问题。当遇到强降雨或大风等恶劣天气时，高压电缆便容易出现线路跳闸等现象，降低供电系统的运行效率。此外，部分高压电缆安装在山区或林园内部，如若在恶劣环境中出现故障问题，那么还容易引发火灾事故，造成严重的不良影响。

3 电力电缆试验方法

3.1 导体直流电阻

对直流电阻产生影响的因素主要涉及以下几点[3]：①导体材质。当导体材质不符合规定标准要求，将对导体电阻带来不同程度上的影响，确保导体材质纯度非常必要；②导体截面。直流电阻大小与导体截面积有着密切的关联性，基于长度与材质相同条件下，导体截面积越大，导体直流电阻也会随之增大。电缆外径不变，当导体截面积增大时，必然会使原有绝缘层厚度减小，随着时间推移，将会直接影响高压电力电缆的绝缘性能。通常情况下，以20℃的环境条件为标准，对导体直流电阻进行测定，例如，测定16mm2截面直径的电力电缆的直流电阻时，由于内部导体材质不同，其直流电阻也有着一定差异，铜制与铝制电缆是目前比较常见的导体材质，该测定条件下，二者直流电阻分别为1.15Ω/m（铜制）﹑1.91Ω/m（铝制）。

3.2 脉冲检测法

脉冲检测法也是高压电力电缆故障检测常用的技术之一，在具体运用中，主要分为两种，分别是低压脉冲检测法和二次脉冲检测法。其中低压脉冲检测法主要适用于开路故障以及低阻故障的检测。在具体运用中，检测人员可以针对存在故障问题的高压电力电缆，在其本身增设一个低压脉冲信号，然后移动该信号。如果在移动的过程中信号遇到高压电力电缆实际的故障点，电气参数会出现较大的变化，从而导致脉冲信号出现反射或折射的现象。而检修人员根据专业仪器记录的脉冲发射与接收之间的时间差，同时结合检测的参数，就可以准确计算出故障发生具体位置。而二次脉冲检测法则适用于高压电力电缆的闪络性故障以及部分高阻故障检测。该检测技术的核心是高压发生器冲击闪络技术，能够在故障点起弧及灭弧的一瞬间触发原有的低压脉冲，从而帮助检测人员进行故障位置的准确判断。

3.3 型式试验

开展型式试验目的是掌握电缆设计质量，确认电缆设计指标是否符合高压输电标准，以此来保证高压电力电缆良好工作性能。由于该试验方法将对电缆造成一定破坏，要求相关人员必须严格按照规范要求进行操作，确保一次性完成检测试验，避免对高压电力电缆造成二次破坏。型式试验方法类型主要包括以下几项[4]：①局部放电试验。与上述交流电压试验方法与试验要求相一致，选择短电缆进行试验；②弯曲放电试验。对短电缆先进行弯曲处理，再进行相应试验，电缆线芯数直接决定其弯曲程度；③加热放电试验。一般情况下，在输电过程中，高压电力电缆将会产生一定热量，若超过自身耐热值将会影响其绝缘性能。因此，需要通过利用加热放电试验掌握高压电力电缆的局部放电量是否与规定要求相一致。各项型式试验方法的检验要求及标准同上。

3.4 直闪法

这种方法一般应用于检测因击穿而引发的电缆故障。需要注意，多种因素都可能导致电缆被击穿。比如电缆本身存在质量问题﹑安装过程存在瑕疵等导致电缆未能处于最佳工况等。一旦出现击穿，可以理解为电缆出现了短路故障时，故障范围内电缆电路中的电阻值必然的大幅度增加。不仅如此，如果自然出现闪络现象，故障电缆在极短时间内会迅速释放较大的电流脉冲波。在这种脉冲波的作用下，电缆与故障点之间会出现一种反射效应。针对这种情况，要求检测人员首先围绕电缆预设端口进行全面测试，获得精准的电磁波信息。在此基础上，检测人员还需对波形图中的“时间”参数进行对照分析，对比不同时间段波形的变化情况，最终实现对故障具体位置的确定。总体而言，直闪法是一种检测效率和检测精准程度均较高的检测方法，可在电缆故障检测工作中广泛应用。而为了进一步提高电缆故障检测准确性，检测人员可采用多种方法进行检测，对多种检测结果进行综合考量，尽量避免出现疏漏。

3.5 电压法

脉冲电压法主要应用于闪络式故障和高阻故障，一般包括直闪法和冲闪法两类。其技术原理是首先给线路接通，运用的高电压和低直流电压变化之后，再检测到所产生的高电流脉动通过故障点和输出点之间的位置，从而完成对故障点的测距。直闪法一般检测的是闪络式高阻故障；冲闪法一般检测的是泄漏性问题和闪络的高阻问题。脉冲电压法的优点是：只要有处在高压状态下的放电过程中，就能够利用这个技术对故障点加以探测，既没有击穿性问题，也不影响电缆的原始数据。弱点是：可靠性很弱，易窜入高压现象，对检测数据的精度也很低。

4 电力电缆故障维护措施

4.1 严控施工管理

施工管理包括电缆通道的规划设计﹑电缆及其附件的质量﹑安装工艺和验收等。在规划设计环节应主动与政府部门沟通，力求规划路线与城镇发展相结合，电缆截面积应满足后期负荷增长需求。安装前应对所有电力电缆设备进行抽检，确保设备无质量问题。电缆埋设方式﹑深度﹑弯曲半径等应符合技术规范，对受力部位做穿管保护并加以固定，敷设后电缆外观应无损伤，进出电缆管道口封堵良好。在中间接头制作时，确保施工人员持证上岗，中间接头制作完成后须在电缆沟或电缆井内制作接头固定架，防止中间接头被拖曳和浸水。运行单位还应做好电缆施工中间验收及竣工验收工作，确保线路工程零缺陷移交运行。

4.2 完善施工质量管理

建筑施工质量是电力工程项目中非常关键的部分，只有在建筑施工的进程中不断完善建筑产品质量问题，才可以使得电气工程项目更加的品质保证，所以，完善建筑施工品质管理体系也是十分有必要的。所以对电气工程项目的人员而言，就必须要严格遵照施工流程进行电缆的实施和制造。在某种情形下看，由于电缆的连接在电气工程项目中扮演着非常关键的作用，所以工程人员必须要保证电缆及其连接的密封性，同时还要严格遵照国家有关的施工规范进行建造。所以为避免电缆及其连接处发生潮湿的状况，在进行建筑施工的进程中必须要严禁将光缆和导线胡乱的浸入在水中，最大程度防止电缆绝缘系统发生损坏。

4.3 电缆保护

在电缆牵引前，就必须进行适当的机械防护，以降低电缆所承载的机械扭力，并利用电缆自身形状具体地敷设路线，以避免对电缆内部产生的机械破坏。同时加强护线保电力度，进一步强化了对电力设施防护的宣传力度，并广泛开展了针对性强的吊机碰线﹑燃放烟花等专项宣传活动，完善电缆通道的警告标识，有效降低了自然外力破坏事件的发生率。

5 结束语

高压电力电缆是应用于输电工程中的关键电能传输载体，由于受到外界各方面因素干扰，致使高压电力电缆故障高频率发生，极大威胁了电网系统安全运行。因此，需要选择合适的试验方法与检测技术对高压电力电缆故障及实际工作性能进行测定，便于及时发现潜在问题，消除风险隐患，从而为电网系统高效率运行以及安全传输电能提供基础保障。