浅谈电力电缆接头的故障分析及处理方法

浅谈电力电缆接头的故障分析及处理方法

张群桢、刘柏罕、张跃从、盛小格、彭念蝶

怀化学院，怀化，418000

摘要——随着可再生能源的大力开发和智能电网技术的兴起，电力电缆接头也在不断地进行技术革新，故障的发生率正在逐渐下降，但是电力电缆接头接头故障仍是电力系统所面临的问题之一，它可能导致供电中断，影响着电力系统的稳定性。基于此，本文先列举三种常见的电力电缆故障类型，分析出故障的主要原因，再提出故障诊断方法，最后给出解决方案，旨在通过降低电力电缆接头故障来减少停电损失及维修费用，进而保障电力系统的供电安全和推动智能电网的建设。

关键词：故障原因；故障诊断；解决方案

0 引言

随着电力系统的快速发展和日趋完善，电力电缆已成为输送和分配电能的重要媒介，在现代城市配电网中起着愈来愈关键的作用。电力电缆的可靠性直接关系到电网的稳定性。电缆线路运行中发生的故障有很大一部分是由电缆接头故障引起的[1]。电缆接头一旦出现故障，将导致供电中断，不仅会给人们的作息带来不便，而且可能会导致火灾等安全事故，造成较大的国民经济损失和不利的社会影响。

1 故障类型

1.1绝缘故障

   由于电缆中间接头长期浸泡水中，加上电缆中间接头制作工艺不良，导致水进入电缆中间接头内部，引起铝波纹管腐蚀断裂，致使断裂处未可靠接地，产生放电，烧蚀玻璃钢保护管、填充物及防水带，并引起绝缘屏蔽层和主绝缘破坏，最终导致击穿故障[2]。在生产电缆接头过程中，如果制作工艺不达标，就可能会有气隙、杂质混入电缆接头内部，发生局部放电加剧了绝缘材料的老化；如果金属屏蔽接地不良，使感应电压就未得到有效限制，从而产生过电压，可能导致其绝缘层老化、受损，甚至受到击穿。

1.2密封故障

电缆中间接头是安装在电缆与电缆之间，具有一定绝缘和密封性能，使两根及以上电缆导体联通，使之形成连续电路的装置[3]。通常情况下，预制式中间接头在安装时，要求防水带、绕包防水密封胶，提升其防水和防潮的性能。因此，不仅接头的密封处理工作是难点，相关人员在施工时也可能未严格地按照施工规范操作，密封材料未均匀涂抹，而且密封材料长时间运行会老化和失去原有的弹性。

1.3连接故障

电缆中间接头故障实际上就是电连接问题，随着我国电网里程不断增加，电连接的问题日益凸显。国网电力科学研究院的王国刚从理论方面综述了输变电设备电接触的发热缺陷，表明了电接触发热总体还是由于接触电阻的增加。分析接头退化机理，主要是因为电偶腐蚀、电损伤、氧化腐蚀、温度因素、微动损伤五 部分[4]。现有的焊接连接方式受操作人员的技能影响大，如果焊接不当就可能导致接头处出现热损伤或者应力集中的不良现象，严重影响连接的可靠性。对于压接的方式来说，未选择合适的压接工具和工艺，出现压接不当就可能导致机械强度不足，从而产生连接故障。

2 诊断方法

2.1电桥法

通过测量电缆接头的电阻来得出其故障点位置，首先设置电桥，将电缆接头的两端与电阻的电桥臂两端相连。为了便于测量，在故障是单相的情况下，需要将非故障相与故障相短接。再不断地调整电桥的可变电阻，如果电桥两臂的电阻比相等，那么电桥就会出现新的平衡状态。

2.2电流测试

在电缆接头出现故障时，零序电流可能会发生突变。城市智能电网故障定位及在线监控系统主要用于中高压输配电线路上，可检测短路和接地故障并指示出来，可以实时监测线路的正常运行情况和故障发生过程[5]。三相电缆线路，可通过监测、捕捉稳态或暂态的零序电流大小来判断电缆接头是否发生单相接地故障。利用信号处理技术中的傅里叶变换，可分析和提取出故障电流信号的关键特征，用来辅助故障诊断。电缆接头如果发生了永久性故障，那么就可能经历过多次早期故障扰动，定量分析其波形特征和通过Prony算法提取衰减因子，可以有效诊断电缆接头故障的早期状态。

3 解决方案

3.1 故障处理

（1）对于绝缘故障：严格把关电缆接头工艺的同时，还要加强其附件试验。在剥离护套和绝缘屏蔽层时需要操作细心，必须要将绝缘表面彻底清洁，才能防止杂质遗留。此外，铜屏蔽层和铠装层需单独接地，线鼻需进行镀锡处理。

（2）对于密封故障：众所周知，电缆接头是电缆绝缘极为薄弱的地方，也是电缆运行中容易出现故障的部位。交联电缆中进入水分的危害是很大的[6]。一旦电缆接头被水分入侵，先借助专业测试设备来确定进水的原因和具体位置，在修复工作前，确保电缆已经断电，保证工作人员的安全。受损严重的电缆接头需要将其受损部分切除。受损部分需彻底清洁，去除水分和杂质后，使用热塑性封头帽进行密封，该封头带有气嘴，固定借助胶带、钢丝，对其进行紧紧地包扎。

（3）对于连接故障：电力系统对电气连接可靠、机械稳定性高的电缆中间接头的需求愈发迫切。因电缆类型、安装环境所需的要求不同，所以电力电缆接头的连接方式多种多样。常用的连接方式有熔接、热缩和冷缩等方式，现有的连接方式虽然具有较优良的电气性能，但经过长期运行，再进行深入研究分析后发现或多或少都存在着一定的缺点。如熔接式电缆接头在承受高负荷时，其强度无法与整条电缆相匹配；热缩式电缆接头在加热不均匀的情况下会对电缆的绝缘层造成热损伤；冷缩式电缆接头的弹性会随着时间逐渐减弱。与现有常用的连接方式相比较后，有诸多学者运用插接等新型连接方式，拟解决现有的电缆连接方式的不足。趋于一体化的插接结构可简化施工流程，减少因安装不当引起的故障。根据电动力－接触应力单向耦合仿真结果，短路电动力会对导体线芯周围的应力分布造成影响，在电动力较大处造成一定程度的应力分布不均匀，但最大应力值远低于材料极限强度，仍能保持线芯与压紧锥部分紧密接触具有可靠的电气连接性能及机械稳定性。插接式的连接方法易于连接和断开，能快速连接

[7-8]。

3.2 预防措施

（1）设计阶段：完成电缆接头模型设计后，可通过ANSYS有限元软件进行仿真分析，识别其可能导致故障的应力集中区域，如电压、电场强度高的区域，从而可以通过调整绝缘层的形状或者厚度来减少电压、电场应力。同时，有限元仿真还可以进行多物理场耦合分析，更全面地评估和优化电缆接头所受到的机械应力、热场及电场的影响。

（2）安装阶段：在电缆接头上需进行电压等级、日期的标记，并对特殊情况进行说明。安装过程中遵守所有相关的规程和操作指南，现场的施工人员必须获得专业的培训和认证。所有的安装过程应在监督和检查中进行，安装完成后，进行接地电阻、绝缘电阻等电气测试，验收合格后，将安装过程和测试结果进行记录，可为日后的故障排查及维护提供参考。

（3）运行阶段：电缆接头在安装后，严格地进行验收测试，检查其是否存在制造缺陷或安装错误。对于老化的电缆接头，应及时进行更换，以减少因老化所引发的故障风险。在电缆线路中，可以合理装设传感器，监控电缆的负荷，避免因电缆过负荷运行导致电缆接头过热损坏。

4 结语

电力电缆接头作为智能电网的一部分，需提升自我修复和快速响应的能力，来支持智能电网的自愈功能，从而有助于提高整个电网的供电稳定性。本文从分析电力电缆接头的故障原因出发，再给出诊断方法，最后论述了故障处理的办法及预防措施。

5 基金项目

教育部就业育人定向人才培养培训项目（20220100884）；湖南省教育厅科研项目“城市配电电缆接头故障分析及优化机理研究”(22C0492)；湖南省武陵山片区重点实验室项目“农村配电线路智能监测关键技术研究”(ZNKZN2021-2)

6作者简介

张群桢（2001—），男，湖南邵阳人，本科在读，主要研究方向：电缆接头故障诊断、柔性直流输电运行与控制

刘柏罕（1991-），男，湖南怀化人，硕士研究生，通讯作者，主要研究方向：电力系统运行与控制

参考文献

[1]陈梦曦.10kV三芯电缆接头温度场的仿真研究[D].西安科技大学,2020.

[2]唐新宇,朱玉,廖言宝,等.220kV电缆中间接头绝缘击穿故障分析[J].江西电力,2023.

[3]张煜,徐嘉文,叶晨宸.配电电缆预制式中间接头的故障原因分析[J].集成电路应用,2023.