10kV電纜的故障分析及施工處理
發(fā)布日期：2016-03-11 來源：《上海設(shè)備管理》
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電力系統(tǒng)作為電能資源調(diào)度主控平臺(tái)，借助各項(xiàng)設(shè)備發(fā)揮出了多方面的電力調(diào)控功能， 從而保障了供輸電運(yùn)行體系的持續(xù)工作。隨著高壓電力網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，電纜傳輸工作流程受到了行業(yè)的普遍關(guān)注，尤其是如何避免和及時(shí)采取有效措施應(yīng)對(duì)電纜故障問題，從多個(gè)方面保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
一、10KV電纜常見故障分析
考慮到電能傳輸距離范圍的擴(kuò)大化發(fā)展趨勢(shì)，各地區(qū)之間逐步建立了資源戰(zhàn)略合作體系，遠(yuǎn)距離傳輸是供配電調(diào)度的主要趨勢(shì)。早期低壓傳輸已經(jīng)難以滿足地區(qū)之間的資源調(diào)配需求，選定高壓傳輸方案是行業(yè)規(guī)劃的先進(jìn)決策。10KV網(wǎng)是高壓輸電到達(dá)用戶端的常用模式，其借助高性能絕緣電纜參與電力分配工作，促進(jìn)了電網(wǎng)運(yùn)行效率的全面提升。另一方面，生產(chǎn)和生活用電需求量持續(xù)上升也增加了電纜故障的發(fā)生率，10KV電纜故障影響了電網(wǎng)運(yùn)行的總體效率。
1、外力故障
由近幾年的分析來看，尤其是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加大的區(qū)域，相當(dāng)多的電纜故障都是由于機(jī)械損傷引起的。外力損傷是由于外力作用對(duì)電纜產(chǎn)生的突發(fā)性破壞，這類故障可短時(shí)間造成電力線路運(yùn)行中斷，影響了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的供輸電。
2、絕緣故障
這種情況也很常見，一般發(fā)生在直埋或排管里的電纜接頭處。比如：電纜接頭制作不合格和在潮濕的氣候條件下制作接頭，會(huì)使接頭進(jìn)水或混入水蒸氣，在電場(chǎng)作用下形成水樹枝，逐漸損害電纜的絕緣強(qiáng)度而造成故障。此外，絕緣受潮故障與電纜長期工作環(huán)境有關(guān)，氣候因素也是影響絕緣性能的重要原因。例如，持續(xù)雨季天氣，電纜材質(zhì)在濕度過大條件下，電纜接頭內(nèi)進(jìn)入水蒸氣之后，絕緣性能減弱而引發(fā)故障。
3、腐蝕故障
由于電纜傳輸工作環(huán)境的特殊性，遇到特殊化學(xué)反應(yīng)會(huì)加快電纜材質(zhì)的腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)而干擾到了電纜的傳輸功能。電纜直接埋在有酸堿作用的地區(qū)，往往會(huì)造成電纜的銷裝、鉛皮或外護(hù)層被腐蝕。10kV電纜作為電網(wǎng)的輸電導(dǎo)線，長時(shí)間暴露野外作業(yè)而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使電纜內(nèi)外層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象，增大了電纜故障的受損率。
4、超載故障
超負(fù)荷運(yùn)行也是電纜故障的表現(xiàn)形式，由于電流的熱效應(yīng)，負(fù)載電流通過電纜時(shí)必然導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱。同時(shí)電荷的集膚效應(yīng)以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質(zhì)損耗也會(huì)產(chǎn)生附加熱量，從而使電纜溫度升高。當(dāng)前，我國電能資源需求量持續(xù)增加，以工業(yè)生產(chǎn)、人居生活、商業(yè)辦公等方面的用電為主，使電纜傳輸面臨著較高的荷載故障風(fēng)險(xiǎn)。
5、接頭故障
電纜接頭是電纜線路中最薄弱的環(huán)節(jié)，由人員直接過失（施工不良）引發(fā)的電纜接頭故障時(shí)常發(fā)生。施工人員在制作電纜接頭過程中，如果存在接頭壓接不緊、加熱不充分等原因，都會(huì)導(dǎo)致電纜頭絕緣降低，從而引發(fā)事故。電纜所處的外界環(huán)境和熱源也會(huì)造成電纜溫度過高、絕緣擊穿，甚至爆炸起火，這類突發(fā)性環(huán)境變動(dòng)也是接頭故障的成因。
二、10KV電纜施工中故障處理措施
1、工程案例
2013年8月，上海南翔35KV變電所西干線10KV饋出線路報(bào)警（西桿線是架空線與電纜相結(jié)合的供電線路，主線采用架空線，下級(jí)用電單位采用電纜T接方式引電至各用戶的10KV變電所，且用戶較多），但并未跳閘，高壓柜的電壓互感器過壓燒壞。因?yàn)樵擆伋鼍�路采取的是過流保護(hù)和速斷保護(hù)，并未投入零序保護(hù)。因此在收到此信息后初步判斷是發(fā)生了電纜單相接地故障。調(diào)度很快收到下級(jí)用戶單位反饋信息，南翔開閉所10KV供電故障， 其他用戶正常。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，西干線10KV出線往南翔開閉所電纜T接處跌落式熔絲一相跌落，另兩相跌落式熔絲未動(dòng)作。以此印證初步故障判斷是正確的。
2、故障點(diǎn)查找及分析
（1）查看電纜�，F(xiàn)場(chǎng)情形復(fù)雜，所經(jīng)過區(qū)域?yàn)槭┕^(qū)域，電纜路徑較長且敷設(shè)方式為直埋，結(jié)合該電纜的資料包括圖紙上標(biāo)識(shí)的長度、路徑走向、接頭位置、電纜出廠資料等， 依靠這些完整齊全的電纜資料很快摸清了電纜走向。
（2）故障診斷。根據(jù)前述情況可以斷定故障為外力致使電纜單相接地。
（3）精確定點(diǎn)。經(jīng)過對(duì)土建單位的詢問，其當(dāng)天并沒有在該區(qū)域動(dòng)土作業(yè)。但是前段時(shí)間有挖掘機(jī)在此區(qū)域行駛和作業(yè)，因范圍較大故障點(diǎn)無法確定。必須精確地查找故障點(diǎn)所在實(shí)際位置，以便于立即進(jìn)行檢修。采用電纜故障測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量后，找到了故障點(diǎn)，但是現(xiàn)場(chǎng)開挖后誤差達(dá)到了近30 m。
（4）誤差分析。由于電纜的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，且存在電纜接頭、電纜廠家提供的技術(shù)參數(shù)存在誤差（截面、導(dǎo)體材質(zhì)系數(shù)）、運(yùn)行時(shí)間較長等因素，因此測(cè)量存在較大誤差。
（5）故障總結(jié)。雖然此次是一次比較常見的故障，但是整個(gè)過程影響南翔開閉所供電近5個(gè)小時(shí)，其中故障點(diǎn)的精確定位耗時(shí)最長，用去3個(gè)多小時(shí)。主要是因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)誤差較大，現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，開挖查找電纜耗時(shí)耗力。此類型的故障，搶修的時(shí)間主要耗費(fèi)在故障點(diǎn)的查找上，若能及時(shí)精確定位故障點(diǎn)將大大縮短搶修時(shí)間，減小對(duì)用戶的影響。
在電力行業(yè)內(nèi)，有一種新型10KV中壓復(fù)合電纜，把具有特定功能的傳感光纖和通信光纖嵌入到電力電纜中，構(gòu)成具有通信和傳感功能的10KV中壓復(fù)合電力電纜，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備、設(shè)施狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通信傳輸功能，同時(shí)對(duì)故障點(diǎn)的精確定位也非常有效。采用OTDR測(cè)量可以將故障點(diǎn)精確到米，大大縮短故障點(diǎn)的查找時(shí)間，從而能更快地恢復(fù)對(duì)用戶的供電。同時(shí)對(duì)本次故障分析后得出結(jié)論是：施工機(jī)械在電纜路徑上行駛及作業(yè)對(duì)電纜產(chǎn)生了損傷，雖然當(dāng)時(shí)并未立即產(chǎn)生影響，但是造成了隨后的故障。若該電纜采用的是10KV中壓復(fù)合電纜，通過對(duì)電纜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)損傷點(diǎn)并避免故障的發(fā)生。
3、其他類型故障處理
（1）荷載方面。施工階段需對(duì)荷載標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制，根據(jù)供輸電量大小實(shí)施調(diào)控，確保各項(xiàng)荷載指標(biāo)與預(yù)定的電纜要求相互符合。電力施工單位應(yīng)設(shè)立荷載監(jiān)控系統(tǒng)，將其安裝于電網(wǎng)以24h監(jiān)測(cè)電荷載指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常情況立即啟動(dòng)安全保護(hù)系統(tǒng)，以減小故障的發(fā)生率。合理地計(jì)算線路降壓量，控制好10KV電纜的工作荷載，降低故障的發(fā)生率。10KV線路電壓降計(jì)算公式:
△U＝（P×L）/ （A×S）
其中：
P—線路負(fù)荷；
L—為線路長度；
A—為導(dǎo)體材質(zhì)系數(shù)（銅約為77，鋁約為46）；
S—為電纜截。
（2）電氣方面。電纜頭施工工藝必須符合行業(yè)要求，保持電纜頭密封性以防潮氣侵入電纜內(nèi)部，維持電纜絕緣性能處于正常水平。此外，10KV電纜需采取有效的防護(hù)措施，敷設(shè)電纜時(shí)應(yīng)積極采取保護(hù)措施，防止保護(hù)層遭破壞，全面提升電纜的絕緣性能。
（3）土建方面。工井管溝排水不暢，電纜長期被水浸泡，損害絕緣強(qiáng)度。另外，土建施工中機(jī)械野蠻施工，挖傷、挖斷電纜。因此土建施工引起的電纜故障率較高，常損壞了地下電纜結(jié)構(gòu)的完整性，搞好土建工程也是降低電纜故障發(fā)生率的有效方式。
（4）安裝方面。電纜本身或是電纜頭附件質(zhì)量差，電纜頭密封性差，絕緣膠溶解、開裂，導(dǎo)致線路斷線故障，使線路相間電容及對(duì)地電容與配電變壓器勵(lì)磁電感構(gòu)成諧振回路，從而激發(fā)鐵磁諧振。施工人員處理電纜故障要按照設(shè)計(jì)的工藝流程操作，主要是防止電纜運(yùn)行后發(fā)生諧振問題，綜合防范電纜傳輸故障問題。
三、結(jié)語
以上分析得出10KV電纜故障集中于外力、腐蝕、超載、絕緣、接頭等方面，提出了故障搶修的處理方式，以縮短故障檢修時(shí)間。10KV電網(wǎng)是基礎(chǔ)建設(shè)的主要項(xiàng)目之一，關(guān)系著整個(gè)供電調(diào)控作業(yè)效率，影響著廣大用戶日常用電傳輸?shù)馁|(zhì)量水平。因此，為了確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，必須要對(duì)電纜故障擬定科學(xué)的施工處理方案，以保障電纜線路在特定條件下完成電能調(diào)配任務(wù)，達(dá)到電網(wǎng)對(duì)線路傳輸?shù)闹笜?biāo)要求。
作者：唐鉅德 中鐵二十四局集團(tuán)上海電務(wù)電化有限公司
