【高压线包坏了什么症状】高压电缆故障分析及状态检测技术

作者从电缆故障部位和故障特征两种方式对高压电缆故障进行了分类，并分析了故障发生的原因。总结了典型的电缆状态检测项目，并针对各种类型的故障提出了相应的状态检测方法和技术。提出了电缆故障的预防措施。

从电缆故障部位来看，主体故障占很大一部分。从形成原因来看，电缆设备质量问题、设计、施工工艺不良、外力破坏和外部因素是电缆故障的三个主要原因。巡逻检查、国防检查、电缆工作温度监测是早期发现电缆缺陷和故障最有效的三种检查手段。

要提出电缆故障的预防措施，从生产、设计和施工的来源检查电缆生产和安装过程，加强操作巡逻，运用合理的电缆状态在线监测技术，在电缆故障发生前发现缺陷，减少故障的发生。

近年来高压电缆在我国电力系统中的应用越来越广泛。对全国100多个主要城市电力电缆运行维护单位的电力电缆运行状况进行了调查，结果表明，我国电力电缆故障率比发达国家高几倍。

与大多数电力设备一样，电力电缆线路在投产初期(1-5年内)很容易出现故障。主要是由于电缆和附件产品质量和安装过程问题。在运行中期(5-25年内)，电缆本体和附件基本进入稳定期，线路运行失败率低，故障的主要原因是电缆本体绝缘枝状老化贯穿和附件呼吸效果流入潮导致表面放电。运行后期(25年后)，电缆主体绝缘树枝老化、电-热老化和附件材料老化加剧，电力电缆运行失败率大幅提高。

1电缆故障分类

正确识别和判断电缆故障的特点和类别不仅对故障点的快速检测至关重要，而且是优化各种状态检测技术的配置和选择，同时采取有效措施预防电缆故障的基础。(大卫亚设，Northern Exposure(美国电视)，有线电视)目前，有线电视故障一般分为以下几类：

1.1按故障部位分类

根据故障部位的不同，电缆故障可以分为主体故障、连接器故障、端子头故障、接地系统故障。

1)电缆本体故障

电缆本体是电缆的核心部件，也是最容易损坏的地方，由于距离长，在封闭空间安装了布线，出现故障后也不能轻易解决。在工程实践中，电缆的缺陷和故障很大一部分发生在电缆主体上。

机械损伤。这种故障约占电缆主体故障的一半以上。这种故障对电网影响很大，造成的后果比较严重。常见的是市政道路施工等直接外力造成的破坏。安装过程中，如果电缆力过大或过度弯曲，部分绝缘会减少或电缆装甲层断裂。电缆通过道路、铁路和高层建筑时，地面的下沉可能会导致电缆垂直变形，导致电缆断裂或断裂，或者电缆中间连接器内部的绝缘降低而损坏。地质灾害、低温等自然力量造成的损伤在电缆故障中所占比例较小。

化学损伤。电缆过热的原因主要是电缆过载。电缆沟或电缆隧道内通风不良、电缆布置不合理、电缆周围介质热传导性能差，在热管附近安装电缆或热电等隧道，将大大缩短电缆寿命。

过电压受损。包括谐振过电压对电缆的损坏、小电流接地系统对电缆的影响、雷电过电压。

电缆本身的缺陷。在电缆制造过程中，如果在包裹主隔热层时出现褶皱或破损，绝缘性能就会下降，如果电缆装甲层不合格，内部绝缘层或外部绝缘就会受损。如果发生单相接地故障，这些损坏点更有可能导致绝缘穿透。

2)电缆接头故障

对于长距离电源线，或电缆故障解决后，电缆将创建连接器(中间连接器)。一般来说，电缆错误的很大一部分是连接器错误，性能特性各不相同。电缆接头故障通常是电气应力集中的一部分，相对泄漏性高的电阻导致电缆绝缘堵塞。由于制造原因，电缆接头故障的原因有应力圆锥本体制造缺陷、绝缘填充物问题、密封漏油等。

3)电缆终端头部故障

无论电缆长度如何，始终必须有两个连接器。电缆终端头部的制作工艺不好，经常启动的谐波会加速电缆终端头部的绝缘老化。此外，还有自动重合闸和正常闭路作业、电路维护或其他停电后电源恢复等空载电路闭路的影响。断路器匹配前的电压为0，开关关闭空电路时，接触之间的电位差导致间隙击穿，导致电路连接，对绝缘造成损伤。

4)电缆接地系统

保护电力电缆线路安全运行的重要措施之一是访问电力电缆接地系统。电缆接地系统主要由电缆接地箱、接地保护箱(包括保护架)、交叉互连箱、保护架等组成。最常见的问题是箱子密封不良，水流入，电缆多点接地，金属保护层感应电流过大。此外，保护层保护器参数选择不当或质量差的氧化锌晶体也会损坏保护层保护器。

根据1.2故障的特点划分电缆故障。

根据故障点绝缘电阻值的大小，电缆故障可以容易地分为开路、低电阻和高电阻故障。当然，我们也可以细分为单相开放故障，也可以细分为上间隙开放故障。

1)开路故障

电缆之间或相对绝缘电阻值在指定范围值内，但工作电压不会传输到电缆终端，或者端子有电压，但负载容量不好。这种障碍称为开放障碍。

2)低电阻、接地故障

电缆相与相之间或相对地之间的绝缘受损，会导致其绝缘电阻减小。而当绝缘电阻过小（小于10倍电缆特性阻抗）时，我们称之为低阻故障。这类故障可采用低压脉冲反射法进行测量。

3）高阻故障

倘若电缆相间或相对地的绝缘电阻明显低于正常值，但是大于10倍的电缆特性阻抗时，我们称之为高阻故障。高阻故障一般不能采用低压脉冲反射法进行测量。根据故障的具体表现性质，高阻故障又可分为泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障。

1.3 其他故障分类方法

此外，还可以根据故障外观特性分类：外露性故障和封闭性故障；根据故障材料分类：串联故障（金属材料缺陷）、并联故障（绝缘材料缺陷）、复合故障（绝缘材料、金属材料都出现了缺陷）；根据故障责任分类：人员过失、设备缺陷、自然灾害、正常老化、外力损坏、腐蚀、用户过失及新产品新技术的试用等。

2​高压电缆故障统计

根据广东电网某电缆运行单位2002年至2012年10年间其管辖范围内110kV及以上电压等级的电缆故障记录，进行统计分析。期间发生电缆故障总共28起，其中外力破坏15起，电缆本身运行击穿故障10起，原因不明故障3起，如图1所示；按照发生部位统计，电缆终端故障5起，接头故障4起，接地系统2起，电缆本体故障17起，如图2所示。

图1 按照故障性质统计

图2 按照故障部位统计

3​电缆故障原因分析

根据近十年来国内66kV以上电压等级电缆线路故障记录，若按照故障的起因进行分类统计，则因外力破坏造成的故障占总数的32.05%，敷设施工工艺不达标占21.24%，电缆及附件设备质量问题占26.64，这些是导致电缆故障的三个主要原因，其他原因占20.07%。

3.1 电缆设备质量原因

目前高压电缆制造在原材料及设备工艺方面已经接近成熟，且电缆在出厂前需进行严格的交流耐压试验，所以由于电缆设备质量出现问题的概率比较小。一般电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀、电缆受潮、密封不良等。

有些情况比较严重，可能在竣工试验中或投运后不久即会出现故障，但是大部分会在电缆系统中以缺陷形式长期存在，对电缆的安全运行造成严重隐患。

3.2 设计、敷设施工原因

我国的电缆设计知识主要是在交流和实践过程中从国际标准和国外厂家学习来的，一些设计院的专业电缆设计部门还在工作中不断总结改进，电缆设计整体水平仍需提高。已经暴露出来的电缆设计的缺陷包括电缆防震保护措施不足，终端引下线过长，电缆上塔位基础设计缺陷、终端构架平台结构设计不稳固等。

电缆尤其是接头部分对施工环境和施工工艺的要求比较高，而施工现场的温度、湿度、灰尘等环境条件以及施工人员的技术工艺水平等往往难以满足要求。因施工质量原因造成的严重缺陷一般在投运前的竣工试验时或投运后一两年内就会出现故障，而一些小的问题可能就成为长期安全运行的隐患。采用专业的施工队伍和加强接头安装人员的技术工艺水平和质量意识是减少电缆故障的重要保障。

3.3 外部原因

1）外力损伤

这种故障主要由于施工不规范引起的。特别是在高速发展的城市建设中，相当一部分电缆故障都是由于机械外力损伤导致的。比如敷设安装时不规范施工，容易造成电缆的机械损伤；在直埋电缆上进行市政、土建施工也极易对运行中的电缆造成损伤。

2）绝缘受潮和化学腐蚀

绝缘受潮和化学腐蚀是电缆故障比较正统的故障原因。它和电缆周围的环境有关，定期的巡查和环境记录的统计整理，都有助于减少电缆因受潮和受腐蚀而产生的故障。

3）长期过负荷运行

电缆在超负荷运行时，由于电流的热效应，负载电流会引起导体过热，而且电荷的集肤效应和钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产生额外的热量，从而使电缆温度持续升高。长期超负荷运行时，高温将会加快绝缘的老化。

4​高压电缆状态检测技术手段分析

当前，高压电缆的状态检测包括各种离线和在线检测方法，具体可以分为例行巡检、预防性试验和诊断性检测三大部分。

其中常规的巡检项目包括：外观检查、带电测试外护套接地电流；预防性试验包括：终端温度检测、主绝缘绝缘电阻检测、外护套绝缘电阻检测、交叉互联系统试验、电缆主绝缘交流耐压试验；诊断性检测项目包括：电缆运行温度监测、局放在线监测、介质损耗在线监测等。除巡视外，其他检测项目对应的电缆状态检测方法如表2所示。

在本文1.1节，我们按照发生位置不同，将电缆故障进行分类，与之相应，电缆各部件也对应不同的状态检测方法，如表1所示。

表1 电缆不同部件对应的状态检测方法

​在1.2节，我们将电缆故障划分为开路故障、低阻故障和高阻故障。在工程实践中，低阻接地、开路等电缆故障常用的检测方法为电阻电桥法和基于雷达原理的脉冲测距法。高阻类故障的发生率在电力电缆故障中的比例相当高。

低阻开路故障等属于电缆“硬伤”，而高阻故障属于电缆的“软伤”。绝缘介质性能虽然有一定程度下降但并非完全损坏。常用的检测方法主要有：高压电桥法、直流高压烧穿法、直流高压闪络法、高压脉冲电流法等。不同的方法在使用时各有优缺点。

表2 电缆检测项目对应的状态监测方法

5​高压电缆故障的防范措施

基于上文对高压电缆故障类型的划分和形成原因的分析，笔者认为高压电缆故障的防范可以从以下几个方面着手。

1） 严格把关电缆设备生产质量

电缆运行单位也应加强对生产过程的监督，并执行现场安装前电缆的质量检验。这一措施也有局限性，就是现场只能进行外观检验，无法了解绝缘内部情况。为此，一些电缆运行单位对电缆进行抽样，送武高所或上缆所进行检验，以确保电缆质量。

同时电缆生产厂家也应加强质量管理，提高质量意识，严格进行出厂前的试验和检验工作，杜绝不合格产品流入市场。

2）提高施工质量及安装工艺水平

目前存在一些从事电缆安装施工的企业和单位不具备高压电缆施工资质、施工技术水不达标等等问题。因此，电缆运行单位强化电缆施工质量管理，完善对施工单位及人员的专业技能水平的管理考核这一举措是必要的。

严格把关，提高从业人员的专业水平，选择具有专业资质的施工队伍，加强电缆接头安装人员的技术工艺水平和质量意识，严格按照安装工艺施工，这些都是减少电缆故障的重要途径。

3）采用新的试验手段

建议在对交联电缆做竣工试验时采用串联谐振或VLF的方法，也可以采用24小时空载运行的方式。交流耐压试验用于高压电缆的竣工验收时，其击穿检出率高达 9%左右。

高压电缆中可能存在的微小缺陷在1小时耐压试验过程中存在局部放电现象，但不会导致电缆击穿。局部放电测量有助于查找到这些微小的缺陷。由于局部放电信号在高压电缆中传播存在较大的衰减，分布式局部放电测量是高压电缆现场局部放电测量的可靠保障。因此高压电缆竣工验收试验可以增加分布式局部放电测量。

4）选择有效的电缆状态监测方法

在线局放检测、温度监测等都是及早发现电缆缺陷、避免故障发生的有效手段。大量的电缆在绝缘劣化和故障早期都表现为局部放电。成熟的局部放电检测技术的运用，可以有效降低电缆故障率，提高供电可靠性。运行部门应根据实际情况开发或采用相应的监测手段，做到提前预防。

5）加强电缆巡视

制定完善的巡检制度。电缆线路本身事故很大一部分是由于外力破坏而造成的。线路巡视可以及时有效地发现并排查外力破坏因素。因此须重视电缆线路的巡检工作，制定相应的巡检制度，明确巡视任务和周期。

6​结论

本文按照电缆故障部位和故障性质两种方式将高压电缆故障进行了归类，同时分析了故障形成的原因；总结了常规的电缆状态检测项目，并针对不同类型的故障提出相应的状态检测方法和技术。

从电缆故障的部位来看，本体故障占很大一部分；就形成原因而言，电缆设备质量问题，设计不合理、施工工艺不良，外力破坏是造成电缆故障的三个主因；运行巡检、局放检测、电缆运行温度监测是及早发现电缆缺陷、避免故障发生的三种最有效手段。

最后，笔者提出了电缆故障的防范措施，不仅要在生产、设计和施工的源头把关电缆设备的生产和安装过程，还要加强运行巡检。同时各种在线监测技术的运用也可以及早发现缺陷，起到预防电缆故障的作用，对电缆线路的长期安全运行具有重大意义。

本文编自《电气技术》，论文标题为“高压电缆故障分析及其状态检测技术”，作者为王传旭。