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摘要:110kV电缆是电力系统中重要的输电设备,其故障不仅会导致电力供应中断,还可能造成严重的经济损失和安全事故。本文通过分析110kV电缆存在的问题,总结了常见的故障类型及其原因,并提出了相应的预防对策。这些措施包括加强电缆材料的研发、优化电缆敷设和保护方式、提升施工和监测技术,以及建立完善的维护体系。通过综合运用这些策略,可以有效提高110kV电缆的可靠性,确保电力系统的稳定运行。
关键词:110kV电缆;故障分析;预防措施;电力系统;可靠性
引言:110kV电缆作为城市电网中的关键输电设备,在保障电力供应稳定方面发挥着不可替代的作用。然而,由于电缆运行环境复杂,故障发生率较高,一旦发生故障,不仅会影响电力系统的稳定性和可靠性,还会给社会经济发展和人民生活带来不利影响。因此,深入分析110kV电缆的故障原因,总结故障预防和处理经验,对于提高电缆运行可靠性、保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。
一、110kV电缆故障分析及预防措施研究的意义
(一)确保电力系统的稳定运行
电力系统(如图1)是国民经济和社会发展的重要基础设施,其稳定运行直接关系到各行各业的正常生产生活。110kV电缆作为电力系统的重要组成部分,其运行状况将直接影响电力系统的可靠性和稳定性[1]。通过分析110kV电缆的故障原因,采取有效的预防措施,可以最大限度地减少故障发生,提高电缆运行可靠性,从而保障电力系统的稳定运行。
图1 电力系统
(二)提高电缆运营的可靠性
110kV电缆运行环境复杂,受多种因素影响,如电缆材料老化、外部环境干扰、施工质量问题等,都可能导致电缆发生故障。通过分析这些故障的成因,总结故障规律,制定针对性的预防措施,可以有效提高电缆运营的可靠性,延长电缆的使用寿命,减少故障发生频率[2]。
(三)减少经济损失和安全事故
电缆故障不仅会导致电力供应中断,影响社会正常生产生活,还可能引发严重的经济损失和安全事故。据统计,每次110kV电缆发生故障,平均经济损失可达数百万元,严重时甚至会威胁人身安全。深入研究电缆故障成因,采取有效的预防对策,可以最大限度地减少故障发生,避免因电缆故障造成的重大经济损失和安全隐患[3]。
二、110kV电缆存在的问题
(一)电缆老化问题
电缆老化是引起电缆故障的主要原因之一。随着运行时间的增加,电缆绝缘材料会逐渐老化,机械强度下降,绝缘性能降低,最终导致电缆故障。这种老化现象在高温、高湿、腐蚀性气体等恶劣环境下尤为明显。110kV电缆常用的绝缘材料包括交联聚乙烯(XLPE)(如图2)、乙丙橡胶(EPR)等[4]。这些材料在长期运行过程中,受到电场、热场、机械应力等因素的影响,会发生化学结构和物理性能的变化,导致绝缘性能下降。例如,XLPE绝缘在高温下可能发生交联度降低、支链断裂等现象,导致绝缘强度下降,增加击穿风险。电缆的半导电屏蔽层在防止空间电荷聚集、均匀电场分布等方面起着重要作用。然而,半导电材料在长期运行中也会老化,导电性能下降,屏蔽效果变差。老化的半导电层还可能与绝缘层分离,在界面处形成空隙,成为电荷聚集点和放电源,加速绝缘劣化[5]。
(二)外部环境影响
电缆运行环境复杂多变,常受到各种外部因素的影响,如自然灾害、人为破坏、动物啃咬等。这些因素可能导致电缆绝缘受损、护套破裂、线路断裂等故障,严重影响电缆的运行安全。强降雨、洪水、地震等自然灾害可能导致电缆线路受损,引发故障。暴雨引发的山体滑坡、泥石流等地质灾害,可能冲毁电缆沟,导致电缆悬空、折断等损伤;洪水淹没电缆沟,可能造成电缆绝缘受潮、水树发生等问题;地震引发的地裂、断层错动等,也可能使电缆线路断裂、变形[6]。施工活动、盗窃、人为破坏等因素也会给电缆带来严重影响。在电缆线路附近进行的各种开挖、钻探、爆破等施工作业,可能对电缆造成机械损伤,甚至导致电缆断裂;电缆材料被盗窃,也会直接破坏电缆结构,影响其运行安全;人为的故意破坏行为,如打击报复等,更是电缆安全的巨大威胁。
图2 交联聚乙烯(XLPE)电缆
(三)施工质量问题
电缆敷设时,如果沟深不够、沟底不平整、转弯半径过小等,都可能给电缆带来机械应力,导致护套、绝缘受损。直埋敷设时,电缆与地面摩擦、碰撞也可能损伤护套。敷设时缺少必要的防腐、防震等保护措施,也会加速电缆劣化。
电缆连接处是故障多发点,如果连接质量不合格,容易产生过热、放电等问题。例如,电缆截面积选择不当,导致过负荷运行;绝缘处理不到位,在界面处形成空隙;屏蔽层连接不良,削弱屏蔽效果;接头填料不实,容易吸潮等。
(四)监测和维护不足
电缆在线监测技术包括分布式光纤测温、局部放电检测、故障定位等。其中,分布式光纤测温可以实时监测电缆沿线温度分布,及时发现温度异常点;局部放电检测可以发现绝缘初期缺陷,预防严重故障;故障定位则是在电缆发生故障后,快速确定故障点位置,减少检修时间。然而,受限于投资和技术条件,目前许多电力企业的电缆在线监测系统还不完善,难以全面、准确地掌握电缆运行状况。电缆日常运行维护包括定期巡视、红外测温、护层防腐等措施。但在实际工作中,这些措施往往流于形式,巡视频率不高,覆盖不全面,记录不详细,隐患发现不及时。日常维护质量不高,使得电缆故障征兆容易被忽视,错过最佳处理时机。
三、110kV电缆故障的预防对策
(一)加强电缆材料的研发
交联聚乙烯是目前110kV电缆的主流绝缘材料,应在保持其优异电气性能的基础上,进一步提升其耐热性、抗老化性、机械强度等。例如,采用纳米复合、共聚改性等技术,开发出高纯度、高交联度、低损耗的特种交联聚乙烯材料。针对高温、高海拔等特殊环境,还可开发耐高温绝缘材料如聚酰亚胺等。
半导电屏蔽材料的导电性、均匀性、与绝缘层的粘合性等都影响着电缆的使用性能。应加强半导电材料的改性和优化,如采用高导电碳黑、石墨烯等导电剂,提高屏蔽材料导电性和稳定性;优化配方和工艺,改善屏蔽层与绝缘层的界面结合强度,减少界面缺陷。电缆防水材料如铝塑复合带、防水绕包带、防水堵头等,对阻止水分进入电缆内部至关重要。应研究开发阻水性更强、与护套粘合更牢固的新型防水材料,从材料配方、结构设计等方面提升其防水性能和可靠性。
(二)优化电缆敷设和保护措施
在电缆路径选择时,应尽量避开不利地质条件区域,如软弱地基、高腐蚀性土壤、易发生地质灾害的区域等。对于已敷设在这些区域的电缆,应采取必要的防护和监测措施。此外,电缆路径还应避开人为活动频繁的区域,减少电缆受到意外损伤的可能。对于直埋敷设的电缆,应在电缆沟内铺设足够厚度的细砂等缓冲材料,减少土壤沉降、塌方等造成的机械应力。在电缆与沟壁之间设置隔离板,避免电缆与土壤直接接触引起腐蚀。沿电缆线路设置明显标识,提醒人们注意保护。电缆隧道(沟)应具备良好的防水、排水措施,避免雨水、地下水渗入对电缆造成损害。在易发生洪水、山体滑坡等灾害的区域,应加固电缆隧道(沟)结构,提高其抗灾能力。电缆隧道(沟)应配备温湿度控制、通风消防等设施,定期进行环境监测和维护。
(三)提升电缆施工和监测水平
电力企业应根据国家标准和行业规程,结合自身实际,制定完善、可操作的电缆施工规范和作业指导书,明确各工序的技术要求和质量标准。规范应涵盖电缆敷设、接头制作、终端安装、绝缘包扎等各个环节,特别是要细化接头、终端等薄弱部位的施工要求。施工人员的技术水平和责任心直接关系到电缆施工质量。应定期开展施工人员的技能培训,提高其技术水平和质量意识。建立施工人员上岗资格认证制度,只有通过培训和考核的人员才能上岗操作。加强现场管理,严格执行施工规范,确保每道工序都符合质量要求。合理采用新材料、新设备、新工艺,能有效提高电缆施工质量和效率。例如,采用机械化敷设设备,减少电缆与地面的摩擦;采用预制接头,提高接头制作精度和一致性;采用热缩型或冷缩型终端,简化安装工艺,提高密封性能等。及时总结和推广先进适用的施工工艺,不断提升施工水平。
(四)健全电缆运维管理体系
要减少电缆故障,延长电缆寿命,必须建立覆盖全寿命周期的电缆运维管理体系,加强运行环节的各项管理工作。制定电缆巡视检查制度和操作规程,明确巡视内容、频次、方法、记录格式等要求。将设备巡检、环境巡检、线路特殊段巡检等内容相结合,及时掌握电缆沿线的设备状态、环境情况等。利用红外测温、超声检测等技术手段,加强对接头、终端等部位的巡检。针对运行一定时间的电缆,要定期开展全面的状态评估。依据电缆参数、检测数据、运行环境、历史故障等信息,建立电缆状态评估和故障风险评估模型,得出电缆健康水平和风险等级。以评估结果为依据,制定电缆状态级检修和更换计划,加强对关键风险点的管控。针对状态评估中发现的问题和隐患,要制定有针对性的电缆检修计划。根据缺陷类型和严重程度,确定检修方式、时间、内容等。加强检修过程管理,规范检修操作流程,强化质量验收,确保检修效果。及时总结检修经验,完善检修标准和规程。
结语:
110kV电缆是保障电力系统安全稳定运行的关键设备,其故障问题不容忽视。本文分析了110kV电缆存在的主要问题,提出了从电缆材料、敷设保护、施工监测、运维管理等方面采取的预防对策。这些措施的有效实施,将极大提升110kV电缆的可靠性,减少故障发生,为安全可靠的电力供应提供坚实保障。电力企业应高度重视电缆故障预防工作,加大资金和技术投入,不断总结经验教训,持续完善各项管理措施,推动110kV电缆长周期、高质量、零故障运行。
参考文献:
[1]丁晶,王磊,丁振华,解江涛,李亮.特高压站110 kV电抗器故障分析及预防措施[J].电工技术,2023(5):179-181+185.
[2]许勇.110kV电缆故障分析及预防措施[J].科技与创新,2014(12):14-15.
[3]王辰霞,姚莎莎.110kV电力电缆故障原因分析及预防措施[J].山东工业技术,2018(21):196-196.
[4]张鸣,周荣斌,张文亮.110kV康大线风偏故障分析及预防措施[J].广东输电与变电技术,2008(2):40-42.
[5]周路遥,王少华,刘浩军,曹俊平,杨勇.110kV海缆终端外绝缘故障分析及预防措施研究[J].电工电气,2018(5):42-45.
[6]刘锐.浅析供电企业10kV配电线路的故障分析以及预防措施研究[J].科技与创新,2016(21):159-159.