初探钢铁厂高压电力电缆故障分析及诊断处理

时间：2024-10-28

索鹏程

（1.河钢股份有限公司承德分公司，河北承德 067002；2.河北省钒钛工程技术研究中心，河北承德 067002）

大部分的钢铁厂高压电缆线路比较多，并不利于进行日常检修维护，因此一旦发生故障将直接影响高压线路的正常运行。钢铁厂高压电力电缆出现故障的原因有很多，如外力破坏、电缆质量问题、超负荷运行、绝缘失效、环境干扰等。而且随着冶金行业的不断发展高压电力电缆的应用会不断增加，为进一步保证钢铁厂高压电力电缆的正常运行，高效的故障分析与诊断技术发展是非常必要的。

1 钢铁厂高压电力电缆在运行中的常见故障

1.1 低阻力故障

低阻故障的产生主要是由于绝缘材料损坏，使绝缘电阻达不到标准要求。在测量这种故障时可用低压脉冲法测量。低阻性故障最常见的地方是电力电缆和控制电缆。另外，钢铁厂高压电力电缆在实际运行过程中所发生的短路故障也可以看作是低阻故障，但这种故障形态特殊由于缺乏明显的使用变现易被人们忽视。

1.2 高阻故障

与低阻故障一样，电缆的绝缘损伤是造成此类故障的一个重要原因。钢铁厂高压电力电缆发生这种故障后，绝缘电阻值会比正常情况下要大，因此，低压脉冲法在测量高电阻故障时很难发挥其作用。高压线一般都会发生高阻断故障，据调查，高压线故障80%以上发生在高压线的连接位置。高阻故障可分为闪络型高阻故障和泄漏型高阻故障两大类，二者的发生概率均较高，属于钢铁厂高压电力电缆中的常见故障。

1.3 断路故障

断路故障指的高压电缆直接出现断线问题，主要是指高压电力电缆在实际使用过程中，因受各种内部和外部因素的影响，使其金属部件不能连续工作而造成电缆运行停滞。在进行断路绝缘电阻数值测量时，一般会得到无限大的测量值，虽然电阻值可在一定范围内，但是此时电缆本身没有足够的负载能力，在工作过程中出现电压会逐渐散失，很难平稳地到达终点。与此同时，一旦发生此类故障，断路位置的电缆绝缘性能也会出现问题。除了线缆本身的断路外，断路器故障是断路中最常见的故障之一，因此对断路器故障与线缆断路都需要引起高度重视。

2 钢铁厂高压电力电缆在运行中的故障分析

2.1 电缆本身质量问题

目前国内低压电缆的生产技术已经比较成熟，因此大多数低压电缆在工艺生产和设计制造方面不会出现问题。多数情况下，部分钢铁厂高压电力电缆会存在着电缆质量问题，这是高压电力电缆在使用过程中发生故障的主要原因。随着市场竞争的加剧为了有效控制生产和销售成本，部分企业在生产和设计电力电缆时为了增加效益，往往没有按照相关规范进行操作，缺乏对高压电力电力电缆的质量监管。比如，在生产中的选材工作重视不够，导致最终产品损坏、气隙、杂质超标、偏心等问题，比如一些常见的生产问题，在高压电力电缆的制造过程中由于绝缘部件没有被完全包覆而造成了绝缘损坏；在电缆设计过程中由于没有完全按照相关技术要求操作而造成的漏电；以及由于电缆附件粗制滥造和工艺表面光滑度不足而影响到电缆的正常运行。一旦出现上述质量问题并且进入实际使用环节，电力事故的发生机率将大大增加，危害我国经济水平及人民生命财产安全。

2.2 电缆施工技术规范

钢铁厂高压电力电缆的铺设过程也是影响质量的重要因素，如果不严格按照相关规范进行施工，很容易造成电缆表面的损坏，在电缆运输、搬移过程中缺少防护措施，安装前没有对电缆进行全面检查，从而严重影响高压电力电缆本身的绝缘性。线缆表面损坏后一旦投入使用，在相对潮湿的环境下线缆内部存在进水问题，从而进一步加快了绝缘体损坏的速度，使线缆寿命大大缩短，严重时还会出现潮湿断路问题导致电力系统崩溃，严重影响人们正常的生产生活。

2.3 电缆缺乏稳定运行环境

当前，很多冶金企业为了满足钢铁厂的用电需求在大多数情况下，钢铁厂高压电力电缆都是在超负荷工作状态下运行，而长时间、高负荷的工作状态下缺乏全面检测。另外，在使用过程中电缆的热管和导管还会出现交叉问题，导致电缆运行压力在温度升高环境下长期运行。如果电缆的相关部分暴露在空气中，而外界空气温度、湿度较高，电缆就会长时间处于过热、潮湿状态，加速电缆外部保护材质的老化，使电缆绝缘性能受到严重影响，极易引发高压电缆击穿事故。事实上，在铺设电缆的过程中，如果电缆周围的工作环境有较强的腐蚀性，电缆表面的保护层就会老化加快，当老化加剧到一定程度时就会产生断裂现象，从而增加了短路问题的发生。

2.4 电缆机械损伤受力因素

电缆在生产、运输、安装都会接触到各种外力因素，因此电缆材料容易受到机械损伤，在实际操作过程中，50%以上的事故都是由外力因素引起的。一般情况下，受外力作用引起的电缆机械损伤主要有三种：第一种是由人工打桩和机械开挖所致的电缆机械损伤，其原因主要是施工过程中没有仔细检查图纸；第二种是固定电缆安装不够牢固，在摩擦和拉扯的作用下产生故障，这种问题发生在移动设备上的概率比较高；第三种是地面被重物碾压，导致电缆变形错位，从而引发故障，这种问题在直埋电缆上普遍存在的概率较高。

3 高电压电力电缆故障的诊断和处理方法

3.1 声测量

声测是指当高压电力电缆发生故障时，用放电和声测结合的方法来寻找故障点。这种方法主要用于查找电缆芯线闪络放电故障原因。声测应用过程中，需要借助直流耐压试验装置对电缆中的电容进行充电，当其电压值达到一定程度时，测试机放电的位置就会放电到电缆故障部位的芯线，此时故障部位的芯线又会对电缆绝缘层进行放电，同时伴随着“滋滋”电流声，此时就可以通过声音位置进行故障点确定，对于地面上的电力电缆维修人员可以通过听觉发现故障部位；如果电缆被埋在地下，维修人员则需先确定电缆故障声音的方向，然后在相对安静的环境中，利用医用听诊器、助听器等相关设备，即将设备靠近地面，仔细地寻找电缆故障的距离，如有“滋滋”声，则属于电缆故障部位。用声学探查高压电找电缆故障源时，维护人员应注意人身安全，同时应配备专人对电缆终端及设备终端进行监控。

3.2 容量电流测试法

无论是电缆与地面接触，还是相邻两根电缆之间接触，当运行时都会产生较大电容。而且电容在电缆均匀分布时可以被用来进行故障检测，当电容与电缆长度成正比时可以进行电容电流的测量。就可以有效地确定故障点。常用的电流测定需要用到：电容电流测量的交流毫安表，单相调压器和交流电压表。故障诊断时，首先要借助交流毫安表，测量高压电力电缆总段内各芯线的电容流值，然后再测量电缆末端芯线的电容流值，再计算出全芯线与断线芯线的电容流比，并对断线芯后的大概位置做出判断。在实际测量中，需要多测量几次减少测量误差，找出故障点，既要保证电流表读数的正确，又要准确测量电缆总长度。

3.3 高压闪络技术

这种方法主要用于高阻故障诊断，它利用直流高压发生器把负直流高压加到故障处，这时故障位置的电容会持续升高，当故障点两端的电容差异造成电压过大时就可能出现间歇性放电接触现象，当电压升高到一定高度时，故障点会发生闪络放电，造成瞬间的电缆短路，并在测点处产生跳跃电压波往复传输，从而计算出故障点的位置，这用故障检测对于人员技术要求较高，需要对电压释放量有准确的把控，并根据跳跃电流的传输情况进行位置测算。

3.4 低电压脉冲法

该方法主要用于诊断低阻故障或断路故障，其原理是根据中波传输和反射原理，将故障电缆视为平均传输线且每一点阻抗相等。因故障点处阻抗会发生变化，脉冲波在电缆一端产生折射或反射，使电缆产生低压脉冲波，利用脉冲波返回的间隔，从而诊断出故障点的位置。

4 钢铁厂高压电力电缆的故障预防

4.1 实行轮班制故障排查

对钢铁厂高压电力电缆实施有效的故障预防措施至关重要。很多时候的电缆故障都发生在交接班的时候，因此本班值班员在即将下班时，要做好各项工作的交接。如检查设备器具，详细记录运行情况，整理运行数据，做好岗位卫生清洁等。在此基础上，员工得到相应的服务。同时，在交班过程中，需要主动提供指导，尤其是设备的运行状况，交班时要详细说明情况，工作完成后才能下班。特殊设备在接班后应及时检查。

4.2 标准状态维修管理方法

在变压器运行过程中，工作人员应结合电缆的状态检修管理制度，对具体操作进行落实，并注意电缆的空载变压，确保电压偏差控制在科学的范围内，这样，变压器在空载状态下，输出电压才能保持稳定。对直流回路的操作，在对电力电缆进行状态检修时，由于安全隐患较大，操作人员应严格按规定操作，不能因电缆系统有直流保护系统而随意操作，同时要加强自我责任意识，确保直流回路操作规范，使系统处于安全、稳定的运行状态。倒闸属于较常规的状态检修环节，在具体操作中，要正确填写倒闸作业票，并做好设备的状态检修管理，才能保证电网安全稳定运行。此外，还需对对接线路的安装进行管理。一般设备在使用电气设备时，都会产生静电感应电压，应正确地消除设备的电压负荷，而在使用电力电缆系统装接地线时，应注意使用绝缘棒、戴绝缘手套、正确地接地线端子，这样才能保证接地效果增强使用安全。