一 緒論

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展和現代化建設步伐的加快，工農業(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(lái)越大，要求電網(wǎng)的安全運行也越來(lái)越高。而作為連接各種電氣設備、傳輸和分配電能的電力電纜，已逐漸取代了架空線(xiàn)的位置。電纜供電的傳輸性能在城鄉內比架空線(xiàn)既穩定，可靠性高，且占地小，不會(huì )造成對市容的影響，也不受自然環(huán)境的制約，越來(lái)越廣泛地應用在城市電網(wǎng)中。相應地電纜故障發(fā)生次數也在增加,對電網(wǎng)的影響也在增大。找出電力電纜故障原因,并采取相應措施防范故障的發(fā)生,已成為當前電業(yè)生產(chǎn)運行面臨的一個(gè)重要課題。交聯(lián)聚乙烯電力電纜作為主流產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于輸電線(xiàn)路和配電網(wǎng)中。截止到2010年10月，杭州電力局已投運的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。全國據不*統計，已投入運行的110kV及以上的高壓電纜線(xiàn)路已經(jīng)超過(guò)1000km，zui高電壓等級已達500kV。資料表明：在對全國主要城市126家電力電纜運行維護單位10kV以上的電力電纜（總長(cháng)度91000km）在1997至2001年期間運行狀態(tài)進(jìn)行調查統計和故障原因分析發(fā)現，10-220kV電力電纜的平均運行故障率由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)濟發(fā)達國家仍高出約10倍。電力電纜線(xiàn)路故障率和多數電力設備一樣，投入運行初期（1～5年內）容易發(fā)生運行故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和電纜敷設安裝質(zhì)量問(wèn)題;運行中期（5～25年內），電纜本體和附件基本進(jìn)入穩定時(shí)期，線(xiàn)路運行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹(shù)枝狀老化擊穿和附件呼吸效應進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電;運行后期（25年后），電纜本體絕緣樹(shù)枝老化、電-熱老化以及附件材料老化加劇，電力電纜運行故障率大幅上升。

二 高壓電纜故障分類(lèi)

2.1 高壓電纜的構成

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,電力系統應用較為廣泛的是塑料電纜,它由導體芯線(xiàn)、絕緣層、半導電層、金屬屏蔽層、外護套層組成。

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

高壓電纜系統故障分類(lèi)的方法很多，按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類(lèi)大致分為以下幾類(lèi)：廠(chǎng)家制造原因、施工質(zhì)量原因、設計單位設計原因、外力破壞四大類(lèi)。

2.2.1 廠(chǎng)家制造原因

廠(chǎng)家制造原因根據發(fā)生部位不同，又分為電纜本體原因、電纜接頭原因、電纜接地系統原因三類(lèi)。

2.2.1.1 電纜本體原因

現高壓電纜制造在原材料及機器設備方面已經(jīng)成熟，且電纜在出廠(chǎng)前要進(jìn)行交流耐壓試驗，試驗標準160千伏，半小時(shí)通過(guò)為合格（IEC60840要求），所以一般電纜本體出現問(wèn)題的概率比較小。保證產(chǎn)品質(zhì)量不僅要有好的設備（國內現在有好幾個(gè)電纜廠(chǎng)家設備都具有較高水平），更需要有好的技術(shù)人員、操作人員和嚴格的檢驗控制，因為在生產(chǎn)過(guò)程中杜絕不合格產(chǎn)品很難，不少廠(chǎng)家在生產(chǎn)過(guò)程中都出現過(guò)不合格產(chǎn)品，但通過(guò)嚴格的檢驗可以分析問(wèn)題，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)，但如果廠(chǎng)家不嚴格按照規定生產(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(guò)程中容易出現問(wèn)題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內有雜質(zhì)、內外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護套密封不良等，有些情況比較嚴重可能在竣工試驗中或投運后不久出現故障，大部分在電纜系統中以缺陷形式存在，對電纜長(cháng)期安全運行造成嚴重隱患。電纜本身塑料絕緣中存有雜質(zhì)缺陷,運行中形成電樹(shù)枝,隨運行時(shí)間的增長(cháng),放電樹(shù)枝不斷擴大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(lèi)型，需要現場(chǎng)制作的工作量大，并且因為現場(chǎng)條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會(huì )有氣隙和雜質(zhì)，所以容易發(fā)生問(wèn)題?，F在國內普遍采用的型式是組裝型和預制型。

組裝型接頭的絕緣部分分為兩部分：環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒和預制的應力錐。為了保證應力錐與環(huán)氧樹(shù)脂絕緣筒和應力錐與電纜絕緣結合界面有足夠的壓力，以提高結合面允許的zui高場(chǎng)強，在設計了一組用于壓緊應力錐的彈簧壓緊裝置。預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(chǎng)分布的應力錐、導體屏蔽、絕緣屏蔽和接頭的主絕緣于一體，全部在工廠(chǎng)預制成型，由過(guò)贏(yíng)配合來(lái)保證結合面的壓力;又由于硅橡膠和三元乙丙橡膠的膨脹系數接近且具有彈性，在運行中當負荷變化、溫度變化引起熱脹冷縮時(shí)，能自動(dòng)平衡，不會(huì )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在電纜絕緣屏蔽斷口處，因為這里是電應力集中的部位，因制造原因導致電纜接頭故障的原因有應力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問(wèn)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安裝時(shí)造成的機械損傷或敷設后在電纜線(xiàn)路上施工造成的外力損傷，而直接引起的。有時(shí)雖然損傷輕微，但在幾個(gè)月甚至幾年后其損傷部位的絕緣將逐漸降低而導致?lián)舸?。因此施工質(zhì)量導致高壓電纜系統發(fā)生故障。主要原因有以下幾個(gè)方面：一是現場(chǎng)條件比較差，電纜和接頭在工廠(chǎng)制造時(shí)環(huán)境和工藝要求都很高，而施工現場(chǎng)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，一般要求練習三年后才能安裝110千伏及以上接頭，有些施工隊伍水平不高，只經(jīng)過(guò)幾天培訓就開(kāi)始施工，有些地方存在盲目施工問(wèn)題，認為電纜接頭很簡(jiǎn)單，安全系數高，不會(huì )出事。三是電纜施工過(guò)程中在絕緣表面難免會(huì )留下細小的滑痕，半導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(guò)程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會(huì )吸入水分，這些都給長(cháng)期安全運行留下隱患。四是安裝時(shí)沒(méi)有嚴格按照工藝施工或工藝規定沒(méi)有考慮到可能出現的問(wèn)題。五是竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場(chǎng)導致絕緣破壞。六是因密封處理不善導致。密封對中間接頭來(lái)說(shuō)主要是防水問(wèn)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。因為從嚴格意義上講，塑料無(wú)法保證水分子的不侵入，所以杭州地區規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構，這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。

因施工質(zhì)量原因造成的嚴重缺陷一般在投運前的竣工試驗時(shí)或投運后一兩年內就會(huì )出現故障，而一些小的問(wèn)題可能就成為長(cháng)期運行的隱患。采用專(zhuān)業(yè)的施工隊伍和加強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

在國內好幾個(gè)地方都發(fā)現因交叉互統接線(xiàn)錯誤導致的電纜護層感應電流上升的情況，因為現在變電站接地電阻一般很小，而電纜載流量越來(lái)越大，所以交叉互統接線(xiàn)錯誤導致的電纜護層感應電流相當大，金屬護套內感應電流達到300多安培，導致終端尾管接地點(diǎn)發(fā)熱。

至于在電纜敷設過(guò)程中側壓力超過(guò)要求、電纜彎曲半徑過(guò)小、刮傷外護套等情況經(jīng)常遇到，接頭制作過(guò)程中電纜處理粗糙電纜表面有剝削絕緣屏蔽時(shí)留下的刀痕、電纜未加熱調直、絕緣屏蔽末端有凹坑等情況也時(shí)有發(fā)生，這些對電纜系統長(cháng)期安全運行危害很大，甚至導致電纜系統在一兩年內出現故障。

2.2.3 外力破壞

隨著(zhù)城市建設的發(fā)展，各地外力破壞事故不斷增加，一般直埋電纜因為沒(méi)有保護所以容易遭受外力破壞，電纜溝槽和隧道內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(shí)候也會(huì )因為地層下陷導致電纜受到過(guò)大的拉力導致?lián)舸┦鹿?。zui近幾年，銅價(jià)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。