10kV电缆的故障分析及施工处理
发布日期：2016-03-11 来源：《上海设备管理》
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电力系统作为电能资源调度主控平台，借助各项设备发挥出了多方面的电力调控功能， 从而保障了供输电运行体系的持续工作。随着高压电力网建设进程的不断加快，电缆传输工作流程受到了行业的普遍关注，尤其是如何避免和及时采取有效措施应对电缆故障问题，从多个方面保障电力系统的安全可靠运行。
一、10KV电缆常见故障分析
考虑到电能传输距离范围的扩大化发展趋势，各地区之间逐步建立了资源战略合作体系，远距离传输是供配电调度的主要趋势。早期低压传输已经难以满足地区之间的资源调配需求，选定高压传输方案是行业规划的先进决策。10KV网是高压输电到达用户端的常用模式，其借助高性能绝缘电缆参与电力分配工作，促进了电网运行效率的全面提升。另一方面，生产和生活用电需求量持续上升也增加了电缆故障的发生率，10KV电缆故障影响了电网运行的总体效率。
1、外力故障
由近几年的分析来看，尤其是在基础设施建设不断加大的区域，相当多的电缆故障都是由于机械损伤引起的。外力损伤是由于外力作用对电缆产生的突发性破坏，这类故障可短时间造成电力线路运行中断，影响了整个网络的供输电。
2、绝缘故障
这种情况也很常见，一般发生在直埋或排管里的电缆接头处。比如：电缆接头制作不合格和在潮湿的气候条件下制作接头，会使接头进水或混入水蒸气，在电场作用下形成水树枝，逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。此外，绝缘受潮故障与电缆长期工作环境有关，气候因素也是影响绝缘性能的重要原因。例如，持续雨季天气，电缆材质在湿度过大条件下，电缆接头内进入水蒸气之后，绝缘性能减弱而引发故障。
3、腐蚀故障
由于电缆传输工作环境的特殊性，遇到特殊化学反应会加快电缆材质的腐蚀现象，进而干扰到了电缆的传输功能。电缆直接埋在有酸碱作用的地区，往往会造成电缆的销装、铅皮或外护层被腐蚀。10kV电缆作为电网的输电导线，长时间暴露野外作业而产生化学反应，使电缆内外层结构出现明显的腐蚀现象，增大了电缆故障的受损率。
4、超载故障
超负荷运行也是电缆故障的表现形式，由于电流的热效应，负载电流通过电缆时必然导致导体发热。同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产生附加热量，从而使电缆温度升高。当前，我国电能资源需求量持续增加，以工业生产、人居生活、商业办公等方面的用电为主，使电缆传输面临着较高的荷载故障风险。
5、接头故障
电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，由人员直接过失（施工不良）引发的电缆接头故障时常发生。施工人员在制作电缆接头过程中，如果存在接头压接不紧、加热不充分等原因，都会导致电缆头绝缘降低，从而引发事故。电缆所处的外界环境和热源也会造成电缆温度过高、绝缘击穿，甚至爆炸起火，这类突发性环境变动也是接头故障的成因。
二、10KV电缆施工中故障处理措施
1、工程案例
2013年8月，上海南翔35KV变电所西干线10KV馈出线路报警（西杆线是架空线与电缆相结合的供电线路，主线采用架空线，下级用电单位采用电缆T接方式引电至各用户的10KV变电所，且用户较多），但并未跳闸，高压柜的电压互感器过压烧坏。因为该馈出线路采取的是过流保护和速断保护，并未投入零序保护。因此在收到此信息后初步判断是发生了电缆单相接地故障。调度很快收到下级用户单位反馈信息，南翔开闭所10KV供电故障， 其他用户正常。经现场勘查发现，西干线10KV出线往南翔开闭所电缆T接处跌落式熔丝一相跌落，另两相跌落式熔丝未动作。以此印证初步故障判断是正确的。
2、故障点查找及分析
（1）查看电缆。现场情形复杂，所经过区域为施工区域，电缆路径较长且敷设方式为直埋，结合该电缆的资料包括图纸上标识的长度、路径走向、接头位置、电缆出厂资料等， 依靠这些完整齐全的电缆资料很快摸清了电缆走向。
（2）故障诊断。根据前述情况可以断定故障为外力致使电缆单相接地。
（3）精确定点。经过对土建单位的询问，其当天并没有在该区域动土作业。但是前段时间有挖掘机在此区域行驶和作业，因范围较大故障点无法确定。必须精确地查找故障点所在实际位置，以便于立即进行检修。采用电缆故障测试仪进行测量后，找到了故障点，但是现场开挖后误差达到了近30 m。
（4）误差分析。由于电缆的运行环境复杂，且存在电缆接头、电缆厂家提供的技术参数存在误差（截面、导体材质系数）、运行时间较长等因素，因此测量存在较大误差。
（5）故障总结。虽然此次是一次比较常见的故障，但是整个过程影响南翔开闭所供电近5个小时，其中故障点的精确定位耗时最长，用去3个多小时。主要是因为测量点误差较大，现场地形复杂，开挖查找电缆耗时耗力。此类型的故障，抢修的时间主要耗费在故障点的查找上，若能及时精确定位故障点将大大缩短抢修时间，减小对用户的影响。
在电力行业内，有一种新型10KV中压复合电缆，把具有特定功能的传感光纤和通信光纤嵌入到电力电缆中，构成具有通信和传感功能的10KV中压复合电力电缆，可以实现电网设备、设施状态的在线监测和数据通信传输功能，同时对故障点的精确定位也非常有效。采用OTDR测量可以将故障点精确到米，大大缩短故障点的查找时间，从而能更快地恢复对用户的供电。同时对本次故障分析后得出结论是：施工机械在电缆路径上行驶及作业对电缆产生了损伤，虽然当时并未立即产生影响，但是造成了随后的故障。若该电缆采用的是10KV中压复合电缆，通过对电缆的实时监测，可以及时发现损伤点并避免故障的发生。
3、其他类型故障处理
（1）荷载方面。施工阶段需对荷载标准严格控制，根据供输电量大小实施调控，确保各项荷载指标与预定的电缆要求相互符合。电力施工单位应设立荷载监控系统，将其安装于电网以24h监测电荷载指标，发现异常情况立即启动安全保护系统，以减小故障的发生率。合理地计算线路降压量，控制好10KV电缆的工作荷载，降低故障的发生率。10KV线路电压降计算公式:
△U＝（P×L）/ （A×S）
其中：
P—线路负荷；
L—为线路长度；
A—为导体材质系数（铜约为77，铝约为46）；
S—为电缆截。
（2）电气方面。电缆头施工工艺必须符合行业要求，保持电缆头密封性以防潮气侵入电缆内部，维持电缆绝缘性能处于正常水平。此外，10KV电缆需采取有效的防护措施，敷设电缆时应积极采取保护措施，防止保护层遭破坏，全面提升电缆的绝缘性能。
（3）土建方面。工井管沟排水不畅，电缆长期被水浸泡，损害绝缘强度。另外，土建施工中机械野蛮施工，挖伤、挖断电缆。因此土建施工引起的电缆故障率较高，常损坏了地下电缆结构的完整性，搞好土建工程也是降低电缆故障发生率的有效方式。
（4）安装方面。电缆本身或是电缆头附件质量差，电缆头密封性差，绝缘胶溶解、开裂，导致线路断线故障，使线路相间电容及对地电容与配电变压器励磁电感构成谐振回路，从而激发铁磁谐振。施工人员处理电缆故障要按照设计的工艺流程操作，主要是防止电缆运行后发生谐振问题，综合防范电缆传输故障问题。
三、结语
以上分析得出10KV电缆故障集中于外力、腐蚀、超载、绝缘、接头等方面，提出了故障抢修的处理方式，以缩短故障检修时间。10KV电网是基础建设的主要项目之一，关系着整个供电调控作业效率，影响着广大用户日常用电传输的质量水平。因此，为了确保电力系统的安全可靠运行，必须要对电缆故障拟定科学的施工处理方案，以保障电缆线路在特定条件下完成电能调配任务，达到电网对线路传输的指标要求。
作者：唐钜德 中铁二十四局集团上海电务电化有限公司
