邓强
西部管道 甘肃金昌 737200
摘要：电力电缆是电力系统中重要组成部分，承担着输变配的工作。随着电力系统的发展，电力电缆的数量越来越多，电缆运行过程中出现了不同类型的故障。分析电力电缆故障的成因，在此基础上采取有效的防范措施，可提高电力电缆的运行水平。本文主要探讨高压变频器用电缆选型不当导致电缆故障原因及防范措施、建议。
关键词：电缆、选型、故障
1.前言
在高压变频器中，考虑到高压电缆本身绝缘能力满足要求，认为高压电缆与桥架接触并不会影响电缆的绝缘性能，所以整机高压电缆在布线时并没有做特殊处理，高压电缆平铺于桥架上。在实际运行中，某公司在检修时发现投产不久的变频器用高压电缆出现放电痕迹、破损、开裂等现象。
2故障描述：
对变频器隔离变压器二次出线侧至变频器功率柜之间共有进线电缆108根，每相36根电缆并接，分三层绝缘桥架，每相一层敷设，电缆运行额定电压交流1760V。排查中发现在电缆桥架内存在电缆外部绝缘层表面与T型绝缘桥架钢制横担之间多处存在放电点，电缆外部绝缘层无开裂现象。
变频器的三相功率柜至出线馈出柜之间共有出线电缆15根，每相5根电缆并接，单层绝缘桥架柜顶安装敷设，运行额定电压5.7kV（线电压10kV），同样发现在桥架金属与接地部位之间多处存在放电点，并且其中4根电缆存在外部绝缘层放电开裂现象。
对一台变频器相同部位电缆进行检查，变频器各部位连接动力电缆同样存在放电现象，且电缆出现损伤的数量更多。隔离变压器二次侧至变频器功率柜间的108根电缆与电缆桥架钢制横担、接地线之间均存在放电点，且 W相36根输入电缆中，其中一根电缆与桥架支撑部位存在放电、电蚀和绝缘层开裂现象；变频器功率柜至馈出柜15根电缆中发现有8根电缆绝缘层外表面放电，开裂2根电缆存在多处放电点且绝缘层电蚀现象严重，其余5根电缆有轻微放电痕迹。
3原因分析
3.1电缆及敷设基本情况
3.1.1故障电缆为：单芯 JEH-W 型（乙丙橡皮绝缘氯磺化聚乙烯护套电机绕组引接线电缆）电压 10kV，截面 120mm2。电缆结构：电缆线芯、橡胶主绝缘、绝缘外护套三层结构。
3.1.2敷设情况如图1所示。
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图1电缆敷设情况
3.2电晕产生的机理：
3.2.1没有绝缘屏蔽层结构的中高压电缆运行情况，由于电场没有屏蔽层的限制，电力线结束于电缆外的接地处，电力线可能集中于局部范围内，此处电场较强，容易产生放电现象。
3.2.2有金属屏蔽层结构的中高压电缆运行情况如图2所示。绝缘屏蔽层通过金属屏蔽有效接地，处于零电位，电缆内径向分布的电力线结束于绝缘屏蔽层处，电场被有效限制在电缆内部。同时分布非常均匀，不会产生局部电场强度集中、容易放电的情况。
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图2 有绝缘屏蔽层结构的中高压电缆运行情况
3.3高压电缆对地放电分析
3.3.1运行中的高压电缆与大地间电场强度分析
运行中的高压电缆与大地间电场强度分析，类似于进行高压电缆对地耐压测试。取一段1m电缆顺着长度方向平行置于2楼实验室铁皮上方，电缆两端导体短接，耐压测试仪高压输出端接电缆导体，接地输出端接铁皮。而铁皮长度大于20m，宽度大于3m，高压电缆长度、外径及高压电缆与铁皮的空气间隙均远远小于铁皮的长宽，忽略电缆端部导体的影响，可以将铁皮等效于无穷大地平面，则耐压测试时电缆导体与铁皮间的电场可以用长直电缆与无穷大地平面间的电场计算。
其中，高压电缆位于地平面S正上方，电缆中心与地间的距离为h，电缆导体半径为R，电缆绝缘层厚度为d，电缆导体与地平面间施加测试电压U。为了便于分析，假设电缆导体单位长度的带电量为τ。
运用电磁场理论中的无穷大导体平面镜像法，上述电缆导体与地面间的电场可以用平行双电缆模型在S平面上方的电场进行等效替换，图中镜像电缆单位长度带电量为-τ。
为了计算平行双电缆模型在S平面上方的电场，进一步运用平行双电轴法，首先确定平行双电轴到S平面距离
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由于高压硅橡胶电缆无屏蔽层，电缆外部垂直靠近地平面处A点（空气中）的电场强度为
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在电缆中心垂直于地平面的直线上，靠近地平面的A点电场最小并且大于空气的击穿电场强度，则电缆绝缘外部垂直于地平面的直线上各处空气都被击穿，并形成电弧放电，这也就解释了所述的高压电缆对地放电现象。
3.4原因分析
（1）电缆外护层与支撑桥架金属、地线或异相电缆接触，电场畸变集中在此接触处，电缆外护层承受集中高电场。（见3.2电晕放电机理分析）
（2）电场最强部位为接触最近的一片区域，该接触面区域由于强电场的作用产生电晕放电，。
电晕放电会产生各种电磁波及能量的突变，电磁波中的紫外线会加速聚乙烯的老化。外护层长期经受紫外线照射加速其老化，表现为粉末状及脆性；
（3）外护层表面的应力造成脆性护层沿应力方向开裂，护层应力开裂初期为桥架支撑方向，后沿径向开裂，同时由外向内扩散，主绝缘未发现明显异常痕迹。
4建议
（1）选用有绝缘屏蔽层的电缆，并按要求对绝缘屏蔽层进行接地。
（2）在安装此类无金属屏蔽电缆时，要考虑电缆不能“拖地”，或者采用全绝缘电缆支架支撑，可以杜绝电晕放电及金属涡流发热现象。
（3）更换已经出现电晕放电，或者“拖地”、“接触金属横档”的电缆，重新设计安装。
参考文献
[1] 陈许议 . 高压电缆常见故障的分析及预防措施 [J]. 电力安全技术，2019，（5）：23-26