《電氣技術》論文分享｜10kV開關柜出線電纜末端故障分析與防治對策

10kV開關柜出線電纜末端是配電系統的故障高發部位，其運行狀態直接關系著供電可靠性。國網青海省電力公司超高壓公司的靳生鵬，在2026年第4期《電氣技術》上撰文，基于一起典型的10 kV開關柜出線電纜末端故障案例，系統分析故障發生的機理與發展過程，發現電纜末端制作工藝不良導致的電場畸變是引發絕緣擊穿的根本原因。首先詳細闡述故障發生時刻保護動作情況，然后結合理論與現場檢查情況進行故障原因分析及現場處理，最后從源頭控制、運行過程把控、專項排查等多個維度，提出綜合性的故障防治策略，為提升10 kV配電系統安全運行水平提供參考。

10 kV配電網是城市供電體系的核心環節，其中開關柜出線電纜末端作為連接開關設備與電纜線路的關鍵組件，因其結構復雜、電場集中，已成為常見的故障薄弱點。據統計，多數電纜末端故障源于安裝工藝瑕疵、材料老化及環境影響等。此類故障初期特征隱蔽，但發展迅速，往往最終導致短路跳閘，甚至造成設備爆炸，對電網安全構成嚴重威脅。因此，本文深入分析電纜末端故障的成因機理，通過理論分析與典型案例，系統性闡述10 kV開關柜出線電纜末端的故障原因，并制定有效的治理與綜合預防措施。

1 故障過程概述與保護動作分析

1.1 故障過程概述

某變電站10 kV配電室Ⅰ段、Ⅱ段、備用段正常運行，母線電壓10 kV正常運行。某時刻故障發生，后臺首先報某低壓變壓器接地告警，同時Ⅰ段母線電壓出現異常，A相電壓顯著跌落（約0.74 kV），B、C相電壓升高至線電壓水平（約15～16 kV），符合小電流接地系統單相接地故障特征，對應開關柜的變壓器保護裝置先后動作，最終跳開1013號開關隔離故障，母線電壓隨之恢復正常。故障時運行人員工作站（operator workstation, OWS）后臺低壓變壓器保護告警事件報文見表1，變壓器保護裝置動作報文如圖1所示。

表1、圖1

1.2 保護動作分析

故障發生后，對應開關柜的變壓器保護裝置先后出現差動速斷和比率差動保護動作。差動速斷保護定值為6Ie（Ie為額定電流），故障時最大差動電流值為18.064Ie，動作時間8 ms；比率差動保護制動系數為0.5，故障時最大差動電流值為18.064Ie，最大制動電流為9.036Ie，動作時間23 ms。差動保護范圍覆蓋10 kV開關柜出線至變壓器低壓側開關區間，其正確動作表明故障點位于該區間內。

故障初期，單相接地電流較小，未能觸發差動保護，但持續接地導致非故障相電壓升高，最終發展為相間短路，引發大的接地電流，促使保護快速動作。錄波數據及動作報文顯示保護邏輯正確，成功限制了故障影響范圍。故障錄波如圖2所示。

2 故障原因分析及處理

2.1 現場一次設備檢查

對故障電纜進行現場檢查，發現A相電纜末端嚴重燒損，如圖3所示，A相電纜主絕緣層熔穿，半導電層已全部熔蝕，銅屏蔽層局部熔化。經分析，確認故障點位于開關柜出線A相電纜末端。電纜放電點如圖4所示。

圖2-圖9

此外，現場檢查發現，A相銅屏蔽層較相鄰相超出1 cm，明顯偏長，如圖5所示。當銅屏蔽層過長時，電場線在該區域的分布變得不均勻，銅屏蔽層末端與絕緣層交接處的電場強度可能出現異常升高的情況，且絕緣層表面存在明顯劃痕，如圖6所示，在剝切、打磨主絕緣層過程中損傷絕緣層表面，處理工藝粗糙。

2.2 故障原因分析

電纜結構如圖7所示。電纜每一相線芯外均有接地的銅屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。正常電纜的電場只有從銅導線沿半徑向銅屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場，因此電纜自身電場呈均勻徑向分布。

制作電纜頭需要剝除部分屏蔽層，導致電場分布發生畸變，產生對絕緣極為不利的軸向電場，易在屏蔽層斷口處形成集中強電場，因而屏蔽層斷口處為電纜最容易擊穿的部位。

結合現場電纜放電痕跡及電纜損毀位置進行分析，本次故障的主要原因：一是電纜制作工藝不良，銅屏蔽層過長，末端構成尖銳電極，導致電場強度異常增大，引發局部放電；二是絕緣表面損傷，表面劃痕和毛刺進一步加劇電場集中，同時直接破壞絕緣完整性，降低擊穿電壓。在強電場持續作用下，絕緣材料逐步劣化，同時，高溫加速電纜絕緣材料的分子鏈斷裂與介電性能劣化，而絕緣性能下降引發的溫升效應進一步加劇熱老化，最終發生擊穿。單相接地后非故障相電壓升高，致使缺陷累積的其他相相繼擊穿，形成相間短路。

3 治理措施與運維建議

3.1 現場治理

現場將故障電纜兩端懸空進行絕緣測試，結果顯示絕緣正常。將故障電纜末端切除后重新制作電纜末端，如圖8所示，對新的電纜末端進行絕緣測試與耐壓試驗，試驗結果均合格。在投運后進行電纜測溫，結果合格，如圖9所示。

3.2 預防措施

1）嚴格管控安裝工藝質量，加強設備投運前驗收質量。推行標準化作業，明確電纜剝切尺寸、打磨工藝等，要求使用精細砂紙沿軸向打磨，杜絕徑向劃痕，屏蔽層處理長度應符合相關標準要求，且新電纜必須在投運前進行絕緣電阻測試和交流耐壓試驗，以有效發現內部缺陷，杜絕帶缺陷投運。通過以上標準化作業和嚴格驗收，確保工藝質量從根源上達標。

2）加強設備投運前驗收及運行中狀態監測，并且在運行期間定期對開關柜進行紅外熱成像檢測，及時發現因接觸不良或內部放電導致的異常發熱。

3）針對新建、改擴或近期檢修的設備，開展電纜末端專項排查，重點檢查屏蔽層長度和絕緣表面狀況。

4 結論

10 kV開關柜出線電纜末端故障多源于制作工藝管控不嚴導致的電場畸變。本文通過分析典型故障案例，揭示了從屏蔽層處理不當、絕緣損傷到單相接地最終發展為相間短路的故障演化全過程。為保障電纜末端安全運行，從源頭控制、運行過程把控、專項排查等方面提出了系統性防治策略，實現從“定期檢修”到“預測性檢修”的轉變，做到隱患早發現、早處理。本文所述故障分析方法及治理措施的綜合應用，可顯著降低10 kV開關柜出線電纜末端故障率，提升配電網運行的可靠性與安全性。

本工作成果發表在2026年第4期《電氣技術》，論文標題為“ 10 kV開關柜出線電纜末端故障分析與防治對策 ”，作者為靳生鵬。