電力電纜常見故障以及真實事故案例分析

電力電纜是電氣工程的重要組成部分，用來傳輸和分配電能，具有占地少、供電可靠、施工便利、絕緣性能好、能提供容性功率提高功率因素、運行及維護簡單等特點。但電力電纜存在絕緣老化變質(zhì)、電纜接頭過熱、保護層機械損傷、諧波及過電壓造成擊穿引起電纜故障、中間接頭及終端頭設(shè)計、電纜頭材料選擇和制作工藝影響等問題。同時電纜事故往往造成一定的損失。

電力電纜主要故障

絕緣老化變質(zhì)；電力電纜長期處于電、熱、化學(xué)及機械作用環(huán)境中，從而使絕緣介質(zhì)發(fā)生物理及化學(xué)變化，導(dǎo)致介質(zhì)損耗加大，絕緣強度下降。

電纜過熱；造成電纜過熱的主要原因是電纜內(nèi)部氣隙游離造成局部受熱，加速絕緣老化、碳化，電纜過載或表面散熱不佳導(dǎo)致絕緣加速老化。

過電壓造成擊穿；雷擊過電壓和諧振過電壓使電纜絕緣所承受的耐受電壓超過允許值而造成擊穿。

中間接頭、終端頭材料選擇和制作工藝問題；設(shè)計電纜電壓等級低于運行電壓，電纜處于長期過電壓運行狀態(tài)，加速絕緣老化，縮短電纜使用壽命。電纜頭材料選擇不當(dāng)，由于電纜絕緣材料和電纜頭材料材質(zhì)不同，熱脹冷縮系數(shù)不同，長期運行電纜和電纜頭之間產(chǎn)生間隙，發(fā)生樹狀爬電，引發(fā)電纜放電擊穿。電纜頭制作工藝不規(guī)范，剝離半導(dǎo)體時損傷電纜絕緣，半導(dǎo)體剝離長度不夠，絕緣表面存在微粒、灰塵等雜質(zhì)，造成絕緣強度下降，使用壽命縮短。

絕緣受潮、腐蝕、外力損傷；中間接頭或電纜頭因做頭密封不嚴(yán)造成絕緣受潮，穿墻套管外側(cè)防雨棚設(shè)計不合理，造成電纜頭長期淋雨受潮，引起電纜頭擊穿放電。

事故案例

老滿城220kV變電站#1電抗器35kV高壓電纜在運行過程中先后發(fā)生兩次擊穿事故?，F(xiàn)場檢查和資料查閱認(rèn)定電纜頭采用熱縮材料，在晴朗無風(fēng)天氣制作，嚴(yán)格按照說明書進行施工，線芯距最近接地點距離為700 mm，大于規(guī)范要求的250mm。電纜試驗報告各項數(shù)據(jù)符合交接試驗規(guī)程合格要求。經(jīng)綜合分析，設(shè)計電纜電壓等級為35KV，而變電站主變壓器電壓等級為220/110/38.5，35KVⅡ段PT變比為38.5/100，擊穿時盤表顯示電壓為36KV，實際電壓計算：36×100/35×38.5/100=39.6KV。電纜處于長期過電壓運行狀況，造成絕緣加速老化擊穿。

獨山子百萬噸乙烯動力站工程35kV段電源進線電纜，35kV電纜經(jīng)穿墻套管接入室內(nèi)配電裝置。運行過程中穿墻套管外側(cè)35kV電纜頭擊穿。經(jīng)現(xiàn)場事故調(diào)查認(rèn)定電纜頭制作過程存在制作工藝不規(guī)范現(xiàn)象，半導(dǎo)體剝離長度不夠，絕緣表面存在微粒、灰塵等雜質(zhì)，同時穿墻套管外側(cè)防雨棚設(shè)計不合理，電纜頭較長時間淋雨受潮，造成電纜頭擊穿。

墨玉110KV變電站35KV出線電纜，該出線由35KV段出線開關(guān)柜通過35KV出線電纜引接至室外35KV輸電線路，電纜長度約120米，該電纜在運行過程中電纜頭兩次擊穿。經(jīng)現(xiàn)場事故調(diào)查認(rèn)定，電纜頭選用熱縮材料，由于電纜絕緣材料和電纜頭材料材質(zhì)不同，熱脹冷縮程度不同，長期運行產(chǎn)生間隙，發(fā)生樹狀爬電，電纜鼻子處通過爬電對半導(dǎo)體邊緣放電，擊穿電纜絕緣層，引發(fā)電纜放電擊穿。

呼圖壁寬溝110KV變電站35KV配電裝置出線柜電纜頭擊穿爆炸，造成配電柜受損。經(jīng)現(xiàn)場事故分析認(rèn)定主要原因①電纜設(shè)計不合理，變壓器出口電壓為38.5KV，電纜選用35KV電壓等級，電纜長期過電壓運行。②電纜頭固定不合理，該電纜為單芯電纜，電纜頭固定采用鐵皮卡子閉環(huán)固定，構(gòu)成局部環(huán)流發(fā)熱，損傷電纜絕緣。③電纜頭材料選擇為熱縮材料，由于熱脹冷縮，產(chǎn)生間隙，發(fā)生樹狀爬電，電纜鼻子處通過爬電對半導(dǎo)體邊緣放電，擊穿電纜絕緣層，引發(fā)電纜絕緣擊穿（主要原因）。④運行人員操作不當(dāng)，第一次對地放電跳閘后，在未查明原因的情況下進行二次合閘，造成電纜爆頭，事故損失擴大。

電力電纜故障分析

電力電纜過負(fù)荷擊穿

電纜處于長期滿負(fù)荷或經(jīng)常過負(fù)荷運行狀態(tài)，造成電纜出現(xiàn)絕緣老化和半導(dǎo)體鼓脹裂紋等缺陷，逐漸發(fā)展為故障，在送電負(fù)荷較大的情況下，極易導(dǎo)致電纜線芯溫度不斷升高，在高溫、電壓的作用下絕緣老化加劇，使用壽命縮短，逐漸發(fā)展為電纜擊穿故障。

電力電纜設(shè)計不合理

2003年前后，新疆變電站工程設(shè)計基本上選用35KV電壓等級電纜，而實際主變壓器電壓為38.5KV，造成電纜長期過電壓運行，加速電纜老化，遇到操作過電壓等電壓波動，極易造成電纜頭擊穿。

電纜頭或中間接頭材料問題

由于電纜頭材料價格差異較大，部分工程為降低成本選用熱縮材料。運行過程中電纜發(fā)熱，由于電纜絕緣材料和電纜頭材料材質(zhì)不同，熱脹冷縮程度不同，長期運行在電纜和電纜頭材料中間產(chǎn)生間隙，發(fā)生樹狀爬電，電纜鼻子處通過爬電對半導(dǎo)體邊緣放電，擊穿電纜絕緣層，引發(fā)電纜放電擊穿。

電力電纜因諧振過電壓擊穿

部分回路多次施加相同幅值電壓，每次產(chǎn)生一定程度的絕緣損傷，在正常運行期間逐漸積累造成絕緣降低，出現(xiàn)絕緣薄弱環(huán)節(jié)，在諧波過電壓超過電纜損傷部位的極限值時，引起電纜擊穿。

電纜終端制作工藝

電纜終端電暈放電主要是因為電纜三芯分叉處距離較小，芯與芯之間的空隙形成一個電容，可導(dǎo)致相間或?qū)Φ胤烹?，長期放電會使電纜終端損壞。對電纜在線監(jiān)測期間使用TEV暫態(tài)電壓測試儀發(fā)現(xiàn)電纜三指套處電暈放電幅值高達(dá)28dB。可以判斷電纜終端制作和安裝工藝不良再加上積污，從而引起電暈放電。