一 緒論

隨著社會經(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，對電力的需求量越來越大，要求電網(wǎng)的安全運(yùn)行也越來越高。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，不會造成對市容的影響，也不受自然環(huán)境的制約，越來越廣泛地應(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電壓等級交聯(lián)聚乙烯電力電纜有5km，110kV電壓等級的有50多km。全國據(jù)不*統(tǒng)計，已投入運(yùn)行的110kV及以上的高壓電纜線路已經(jīng)超過1000km，zui高電壓等級已達(dá)500kV。資料表明：在對全國主要城市126家電力電纜運(yùn)行維護(hù)單位10kV以上的電力電纜（總長度91000km）在1997至2001年期間運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計和故障原因分析發(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），但相對經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家仍高出約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

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)故障分類的方法很多，按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質(zhì)量原因、設(shè)計單位設(shè)計原因、外力破壞四大類。

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。

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，半小時通過為合格（IEC60840要求），所以一般電纜本體出現(xiàn)問題的概率比較小。保證產(chǎn)品質(zhì)量不僅要有好的設(shè)備（國內(nèi)現(xiàn)在有好幾個電纜廠家設(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)過程中杜絕不合格產(chǎn)品很難，不少廠家在生產(chǎn)過程中都出現(xiàn)過不合格產(chǎn)品，但通過嚴(yán)格的檢驗(yàn)可以分析問題，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場，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)過程中容易出現(xiàn)問題有絕緣偏心、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，對電纜長期安全運(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)行中形成電樹枝,隨運(yùn)行時間的增長,放電樹枝不斷擴(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、模塑型等類型，需要現(xiàn)場制作的工作量大，并且因?yàn)楝F(xiàn)場條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會有氣隙和雜質(zhì)，所以容易發(fā)生問題。現(xiàn)在國內(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高場強(qiáng)，在設(shè)計了一組用于壓緊應(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，由過贏配合來保證結(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，能自動平衡，不會產(chǎn)生相對位移。

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。有時雖然損傷輕微，但在幾個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方面：一是現(xiàn)場條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時環(huán)境和工藝要求都很高，而施工現(xiàn)場溫度、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)過幾天培訓(xùn)就開始施工，有些地方存在盲目施工問題，認(rèn)為電纜接頭很簡單，安全系數(shù)高，不會出事。三是電纜施工過程中在絕緣表面難免會留下細(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，另外接頭施工過程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會吸入水分，這些都給長期安全運(yùn)行留下隱患。四是安裝時沒有嚴(yán)格按照工藝施工或工藝規(guī)定沒有考慮到可能出現(xiàn)的問題。五是竣工驗(yàn)收采用直流耐壓試驗(yàn)造成接頭內(nèi)形成反電場導(dǎo)致絕緣破壞。六是因密封處理不善導(dǎo)致。密封對中間接頭來說主要是防水問題。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)時或投運(yùn)后一兩年內(nèi)就會出現(xiàn)故障，而一些小的問題可能就成為長期運(yùn)行的隱患。采用專業(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

在國內(nèi)好幾個地方都發(fā)現(xiàn)因交叉互統(tǒng)接線錯誤導(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，而電纜載流量越來越大，所以交叉互統(tǒng)接線錯誤導(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)過程中側(cè)壓力超過要求、電纜彎曲半徑過小、刮傷外護(hù)套等情況經(jīng)常遇到，接頭制作過程中電纜處理粗糙電纜表面有剝削絕緣屏蔽時留下的刀痕、電纜未加熱調(diào)直、絕緣屏蔽末端有凹坑等情況也時有發(fā)生，這些對電纜系統(tǒng)長期安全運(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]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，有時候也會因?yàn)榈貙酉孪輰?dǎo)致電纜受到過大的拉力導(dǎo)致?lián)舸┦鹿省ui近幾年，銅價一路暴漲，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。