摘要:本文對近年來國內發生的110千伏及以上高壓交聯電纜系統故障進行了深入的分析和總結，并提出今后避免這些故障應采取的措施，值得電纜行業人員借鑒。

關鍵詞：高壓交聯電纜系統、故障、分析

一、前言

近年來，隨著我國城市電網的不斷改造，交聯聚乙烯電力電纜作為電力電纜的主流產品已經廣泛應用于輸電線路和配電網中。北京地區截止到2004年6月投運的220千伏電壓等級交聯聚乙烯電力電纜83公里，110千伏電壓等級交聯聚乙烯電力電纜300多公里。國內據不完全統計，已投入運行的110kV及以上的高壓電纜線路已經超過1000公里，*高電壓等級已達500kV。

資料表明：在對國內主要城市126家電力電纜運行維護單位10kV以上的電力電纜（總長度91000公里）在1997至2001年期間運行狀態進行調查統計和故障原因分析發現，10～220kV電力電纜的平均運行故障率由1997年的11.3次/（100公里·年）逐年下降到2001年的5.2次/（100公里·年），但相對經濟發達國家仍高出約10倍^[2]。

電力電纜線路故障率和多數電力設備一樣，投入運行初期（1~5年內）容易發生運行故障，主要原因是電纜及附件產品質量和電纜敷設安裝質量問題；運行中期（5~25年內），電纜本體和附件基本進入穩定時期，線路運行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應進潮而發生沿面放電；運行后期（25年后），電纜本體絕緣樹枝老化、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、高壓電纜故障分析

高壓電纜系統故障分類的方法很多，本文按照故障產生的原因進行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質量原因、設計單位設計原因、外力破壞四大類。下面進行分類介紹：

2.1廠家制造原因

廠家制造原因根據發生部位不同，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。

2.1.1電纜本體制造原因

因為現在高壓電纜制造在原材料及機器設備方面已經成熟，而且電纜在出廠前要進行交流耐壓試驗，試驗標準160千伏，半小時通過為合格（IEC60840標準要求），所以一般電纜本體出現問題的概率比較小。筆者曾經到過國內好幾個電纜廠家進行考察驗收，居筆者了解，有了好的設備并不等于就會有好產品，保證產品質量不僅要有好的設備（國內現在有好幾個電纜廠家的設備都具有******），更需要有好的技術人員、操作人員和嚴格的檢驗控制，因為在生產過程中杜絕不合格產品很難，不少廠家在生產過程中都出現過不合格產品，但通過嚴格的檢驗可以分析問題，杜絕不合格產品流入市場，但如果廠家不嚴格按照規定生產，或者為趕工期進行搶工，那么產生不合格產品的幾率就大大提高。一般在電纜生產過程中容易出現的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內有雜質、內外屏蔽有突起、交聯度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護套密封**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，對電纜長期**運行造成嚴重隱患。

事故案例1：電纜本體擊穿事故，110千伏電纜在竣工后通過了5分鐘1.7U₀變頻交流耐壓試驗（當時的竣工驗收試驗標準，后來標準改為1.7U₀ 60分鐘），在投運12小時之后發生電纜本體擊穿，分析排除了敷設過程破壞和外力破壞的可能性，確認為電纜本體缺陷導致擊穿，經過多次分析，未找到擊穿具體原因，懷疑為電纜內外屏蔽有突起或雜質，在工廠和現場試驗時電纜絕緣已經部分受損，所以在投運后才會馬上出現問題。電纜本體擊穿情況見圖一。

圖一 電纜本體擊穿情況圖

 事故案例2：哈爾濱地區也發生過電纜本體故障情況，他們為區別是電纜制造原因還是外力破壞原因還進行了具體試驗分析，*后確認為電纜本體制造問題。

北京地區在執行電纜接頭前電纜質量檢查中曾經發現過電纜阻水層受潮、絕緣屏蔽表面有銅屑、鋁護套變形、絕緣偏心、絕緣內有雜質、絕緣屏蔽劃傷等問題，多次出現廠家因質量原因退貨情況。

2.1.2電纜接頭制造原因

高壓電纜接頭以前用繞包型、模鑄型、模塑型等類型，需要現場制作的工作量大，并且因為現場條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會有氣隙和雜質，所以容易發生問題。現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：環氧樹脂絕緣筒和預制的應力錐。為了保證應力錐與環氧樹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*高場強，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，全部在工廠預制成型，由過贏配合來保證結合面的壓力；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，能自動平衡，不會產生相對位移。

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、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等原因。

事故案例1：110千伏預制式中間接頭擊穿事故，運行時間一年，擊穿部位是硅橡膠應力錐。原因分析：這批中間接頭在制作過程中預擴充時也發現過多次應力錐破裂問題，廠家確認部分產品在工廠內硫化過程中出現氯原子混入的現象導致硅橡膠彈性下降，只要通過預擴充沒有破裂的應力錐可以保證**運行。在該工程發電將近一年后，發生中間接頭擊穿故障，解剖發現應力錐本體開裂，接頭發生滑閃放電導致擊穿。該項目在2001年進行交流耐壓試驗時又有兩只接頭在試驗過程中擊穿，擊穿原因也是應力錐本體開裂，接頭發生滑閃放電導致擊穿更進一步證明該公司這批產品質量不穩定。

圖二 應力錐擊穿后外觀圖

圖三 電纜表面爬電痕跡圖

圖四 電纜中間接頭解剖圖

事故案例2：GIS終端接頭擊穿事故，運行時間接近兩年時間，直接的擊穿點在電纜終端內應力錐中間，半導電應力管上方37mm處，電纜線芯與應力錐間放電，應力錐和電纜上各燒出一個18×20mm的孔洞，環氧套管被炸成四大塊及一些碎片。事故原因分析：因為終端接頭出線桿工藝要求包繞PVC帶和VDG絕緣帶，PVC帶包VDG絕緣帶外側，然后泡在聚異丁烯絕緣油內，PVC帶長時間浸泡后松開脫落，垂入金屬應力錐內，導致電場崎變，導致局放，*終導致接頭擊穿。福建廈門電業局利用紅外測溫監測電纜終端瓷套時也發現了因PVC帶脫落導致接頭內電場歧變發生局部放電的情況。

圖五 GIS終端頭擊穿情況圖 

事故案例3：220千伏GIS接頭擊穿事故，運行時間7年多，擊穿部位應力錐上部，離開絕緣屏蔽末端大約20厘米處，因為應力錐在爆炸時已經炸成碎片，故障分析比較困難，但從終端內填充的硅油已經嚴重劣化，從清亮狀態變成黃色的塊狀油脂可以看出終端內發生長期的局部放電，產生局部放電的原因很多，具體造成局部放電的原因不明，很有可能是絕緣油本身有問題。 

圖六終端擊穿后的情況

2.1.3電纜接地系統

電纜接地系統包括電纜接地箱、電纜接地保護箱（帶護層保護器）、電纜交叉互聯箱、護層保護器等部分。一般容易發生的問題主要是因為箱體密封不好進水導致多點接地，引起金屬護層感應電流過大。另外護層保護器參數選取不合理或質量不好氧化鋅晶體不穩定也容易引發護層保護器損壞。因為箱體密封不好進水導致的問題比較常見，因為護層保護器引起的問題聽說成都供電局曾經遇到過，具體原因不清楚。

3 施工質量原因

因為施工質量導致高壓電纜系統故障的事例很多，主要原因有以下幾個方面：一是現場條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時環境和工藝要求都很高，而施工現場溫度、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，只經過幾天培訓就開始施工，有些地方存在盲目施工問題，認為電纜接頭很簡單，**系數高，不會出事。三是電纜施工過程中在絕緣表面難免會留下細小的滑痕，半導電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，另外接頭施工過程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會吸入水分，這些都給長期**運行留下隱患。四是安裝時沒有嚴格按照工藝施工或工藝規定沒有考慮到可能出現的問題。五是竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場導致絕緣破壞。六是因密封處理不善導致。

密封對終端接頭來說主要是防止絕緣油滲漏，終端接頭漏油問題是困繞各地電纜運行管理部門的主要問題之一，因為一般終端接頭都不采用外置油壓補償裝置，所以終端漏油后運行部門不知道內部油量多少，只能加強監測，而且終端內油量減少會導致電場分布的改變，造成電纜內絕緣爬距變化，*終導致接頭擊穿。而堵漏技術又很難解決絕緣油滲漏問題，雖然現在各地開始采用干式終端接頭，但因為網大量油終端的存在，終端接頭滲漏還將是一個長期問題。

密封對中間接頭來說主要是防水問題。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常有積水。所以保證中間接頭的密封防水性能至關重要。因為從嚴格意義上講，塑料無法保證水分子的侵入，所以北京地區規定中間接頭必須采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結構，在現場施工中保證鉛封的密實，這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。

因施工質量原因造成的嚴重缺陷一般在投運前的竣工試驗時或投運后一兩年內就會出現故障，而一些小的問題可能就成為長期運行的隱患。采用專業的施工隊伍和加強接頭安裝人員的技術水平和質量意識是減少電纜事故的重要途徑。

事故案例1：因安裝工藝錯誤導致220千伏電纜戶外終端發生擊穿事故，擊穿部位絕緣屏蔽末端上部，運行時間11個月，接頭型式組裝式。原因分析：與廠家一起對事故終端進行解剖分析，確認事故原因是頂應力錐的彈簧機構在安裝時被鎖死，沒有起到保證應力錐與電纜絕緣結合界面有足夠的壓力的作用，導致界面壓強不夠，引發界面放電。

圖七事故應力錐圖 

圖八 造成擊穿的彈簧機構

事故案例2：因安裝原因導致110千伏中間接頭擊穿的事例，接頭型式為預制式，運行時間12個月。事故原因分析：廠家制作人員在制作安裝預制接頭過程中，套錐擴充工具曾經折損在接頭內部，對絕緣表面造成損傷，發生局部放電。*后導致接頭擊穿。

圖九 接頭擊穿位置圖 

事故案例3：因接頭尺寸錯誤原因導致終端接頭擊穿的事例。具體原因分析：事故直接原因是絕緣半導電屏蔽剝切尺寸與圖紙不符，圖紙要求剝切尺寸為1521毫米，實際剝切尺寸為1593毫米。造成應力錐半導電部分未與電纜絕緣半導電屏蔽搭接，應力錐沒有起到均勻電場的作用，絕緣屏蔽末端發生刷狀放電，*后導致擊穿。

圖十擊穿位置示意圖

事故案例4：10千伏電纜在投運幾個小時后發生終端接頭爆炸事故，擊穿部位應力錐。擊穿原因直流耐壓試驗后馬上投運，因反電場造成擊穿。

圖十一擊穿情況圖 

圖十二擊穿應力錐解剖情況圖

事故案例5：因密封處理不善導致GIS終端漏油事故的案例。運行時間兩年。事故是因為GIS電纜倉氣壓降低后報警發現的。事故原因：電纜終端出線桿上有一條縱向滑痕，因為GIS內氣壓比接頭內油壓高很多，所以SF6氣體順著滑痕進入電纜終端，終端下密封在高氣壓下失靈，絕緣油全部瀉出，GIS電纜倉氣壓降低后報警。

在國內好幾個地方都發現因交叉互聯系統接線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，而電纜載流量越來越大，所以交叉互聯系統接線錯誤導致的電纜護層感應電流相當大，筆者曾經遇到這樣的情況，金屬護套內感應電流達到300多安培，導致終端尾管接地點發熱。

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

圖十三 電纜彎曲半徑過小的情況 

圖十四 電纜處理粗糙的情況

3 外力破壞

隨著城市建設的發展，各地外力破壞事故不斷增加，一般直埋電纜因為沒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，有時候也會因為地層下陷導致電纜受到過大的拉力導致擊穿事故。對于直埋電纜被挖斷的情況這里不在贅訴，下面介紹三起分別因地層下陷和在電纜隧道和電纜磚槽內被外力破壞的情況，希望引起電纜管理部門和土建施工單位的注意。

事故案例1：廣州電纜管理所曾經發生一起由于施工鉆樁引起路面嚴重下陷導致鄰近接頭擊穿的事故，下陷路段恰好在線路走廊內，而且距離故障點只有50米。經挖開檢查發現：在13米長的范圍內，電纜被壓成弓形，*深下彎點距電纜基準面深達1.3米。事故原因分析：當懸空電纜收到一個巨大的向下壓力時，懸空兩端的電纜受到一個拉力。由于鋁護套受泥土壓力不能移動，因此與鋁護套連成一體的預制絕緣體沒有發生移位。而電纜導體則由于拉力伸長變形。接頭內導體相對于絕緣體發生了前述6cm的位移，導致電場分布發生嚴重畸變，接頭被擊穿。 

事故案例2：2002年8月北京地區紫竹院兩路110千伏電纜被附近施工的土建單位打錨桿時破壞，錨桿打穿隧道側壁，打壞兩路電纜后又打穿另一側隧道側壁，并在回拉錨桿時將一路電纜拉至嚴重變形。這次惡性破壞對電網造成很大危害，幸虧采取措施及時才未造成更大損失。該事故被電臺報道，在社會上引起一定反響，也對土建單位的野蠻施工敲響了警鐘。

圖十五 紫竹院外力破壞現場 

事故案例3：2002年10月北京黃廠110千伏電纜土建單位在打地錨時將在電纜磚槽內的電纜打穿，地錨在電纜保護蓋板上打了一個洞。幸好線路負荷不大，而且搶修及時，沒有對電網造成危害。

圖十六 黃廠外力破壞現場

4設計原因

在很多地方并沒有單獨的電纜設計，而是將電纜放在變電設計中，變電設計由于專業限制大部分對電纜專業知識了解甚少，有些都不知道護層保護器、電纜接頭、交叉互聯系統、蛇行敷設等知識的名稱，更談不上選擇適合的參數。我國的電纜設計知識主要是在交流和實踐過程中從**標準和國外廠家學習來的，一些大的設計院的專業電纜設計部門都在工作中不斷總結提高。我國電纜設計從整體水平而言還亟待提高。

事故案例1：我們在國內某地一電廠處理110千伏電纜本體故障時發現電纜系統在設計時竟然沒有設計接地點，700多米長的110千伏電纜當作母線設計，在投入運行后的一個多月內，電纜金屬護套對地放電，*終導致金屬護套和電纜主絕緣燒穿，損失慘重。

事故案例2：因電纜受熱膨脹導致的電纜擠傷導致擊穿。發生事故的是110千伏電纜線路，運行時間4年，電纜敷設在隧道內電纜支架上，近兩年電纜一般在負荷高峰期達到額定負荷的80%左右。事故原因分析：交聯電纜負荷高時，線芯溫度升高，電纜受熱膨脹，在隧道內轉彎處電纜頂在支架立面上，長期大負荷運行電纜蠕動力量很大，導致支架立面壓破電纜外護套、金屬護套，擠入電纜絕緣層導致電纜擊穿。

圖十七電纜擊穿情況 

圖十八 擊穿部位特寫

三、預防措施

高壓電纜的有些事故是因為電場內存在**、毛刺、雜質或水分，事故發生后這些產生事故的原因都遭到破壞，造成不少事故無法定論。我們只能從一些表面現象去分析造成事故的可能原因。通過分析事故可以提高制造廠家的制造水平、施工單位的施工水平、設計部門的設計水平以及運行管理部門的運行管理水平。因為高壓交聯電纜在國內起步比較晚，*早投運時間是1988年，運行時間才16年，絕大部分都是在1996年以后投運的，運行時間不到8年。按照交聯電纜運行壽命30年考慮并結合國外的一些運行經驗，我國的高壓交聯電纜還沒有進入事故高發期，現在發生的事故很少是因為長期運行老化導致的，在制造和安裝過程中的一些小缺陷還大量留存在電纜系統中。為保障電網**，保證電纜系統**運行，筆者認為應采取以下預防措施：

1 加強電纜質量檢驗工作

上海地區為提高電纜制造質量，采取派人在廠家監造的措施，在監造過程中發現了不少問題，收到良好效果。北京地區一直執行現場接頭前電纜質量檢驗，發現了不少問題，但這一措施也有局限性，就是現場只能進行外觀檢驗，無法了解絕緣內部情況。為此，北京現在采用定期對電纜進行抽樣，送武高所或上纜所進行檢驗的方式，以確保電纜質量。

同時電纜生產廠家也應加強質量管理，提高質量意識，嚴格出廠前的試驗和檢驗工作，杜絕不合格產品流入市場。

2提高電纜安裝質量

提高電纜安裝質量首先要高度重視這一問題，采用專業的施工隊伍和加強接頭安裝人員的技術水平和質量意識嚴格按照安裝工藝施工是減少電纜事故的重要途徑。在電纜敷設時采用牽引方式應防止轉彎處的側壓力過高，接頭安裝時應注意采用好的工藝措施保證安裝水平，在施工中總結提高。

3 采用新的試驗手段

在對交聯電纜做竣工試驗時避免采用直流耐壓，可以采用串聯諧振或VLF的方法，如果沒有相應設備也可以采用24小時空載運行的方式。

4提高設計圖紙深度

設計是施工的指導，設計水平的提高是電纜工程水平提高的關鍵，各地設計單位要加強交流和學習，充分考慮在長期**運行中電纜系統可能遇到的情況，為保證電纜系統長期**運行努力。

5 加大運行監測力度

很多人認為電纜系統可以免維護，這種觀點是錯誤的。以前因為沒有好的監測手段，電纜運行部門只能加強巡視，現在紅外線測溫在一些地方開始使用，一些地方還在接頭部位安裝了溫度監測系統，局部放電技術開始進入實用階段。各地運行部門應根據實際情況開發或采用相應的檢測手段，做到提前預防