10kV开关柜出线电缆末端故障分析与防治对策

10kV开关柜出线电缆末端是配电系统的故障高发部位，其运行状态直接关系着供电可靠性。国网青海省电力公司超高压公司的靳生鹏，在2026年第4期《电气技术》上撰文，基于一起典型的10 kV开关柜出线电缆末端故障案例，系统分析故障发生的机理与发展过程，发现电缆末端制作工艺不良导致的电场畸变是引发绝缘击穿的根本原因。首先详细阐述故障发生时刻保护动作情况，然后结合理论与现场检查情况进行故障原因分析及现场处理，最后从源头控制、运行过程把控、专项排查等多个维度，提出综合性的故障防治策略，为提升10 kV配电系统安全运行水平提供参考。

10 kV配电网是城市供电体系的核心环节，其中开关柜出线电缆末端作为连接开关设备与电缆线路的关键组件，因其结构复杂、电场集中，已成为常见的故障薄弱点。据统计，多数电缆末端故障源于安装工艺瑕疵、材料老化及环境影响等。此类故障初期特征隐蔽，但发展迅速，往往最终导致短路跳闸，甚至造成设备爆炸，对电网安全构成严重威胁。因此，本文深入分析电缆末端故障的成因机理，通过理论分析与典型案例，系统性阐述10 kV开关柜出线电缆末端的故障原因，并制定有效的治理与综合预防措施。

1 故障过程概述与保护动作分析

1.1 故障过程概述

某变电站10 kV配电室Ⅰ段、Ⅱ段、备用段正常运行，母线电压10 kV正常运行。某时刻故障发生，后台首先报某低压变压器接地告警，同时Ⅰ段母线电压出现异常，A相电压显著跌落（约0.74 kV），B、C相电压升高至线电压水平（约15～16 kV），符合小电流接地系统单相接地故障特征，对应开关柜的变压器保护装置先后动作，最终跳开1013号开关隔离故障，母线电压随之恢复正常。故障时运行人员工作站（operator workstation, OWS）后台低压变压器保护告警事件报文见表1，变压器保护装置动作报文如图1所示。

表1、图1

1.2 保护动作分析

故障发生后，对应开关柜的变压器保护装置先后出现差动速断和比率差动保护动作。差动速断保护定值为6Ie（Ie为额定电流），故障时最大差动电流值为18.064Ie，动作时间8 ms；比率差动保护制动系数为0.5，故障时最大差动电流值为18.064Ie，最大制动电流为9.036Ie，动作时间23 ms。差动保护范围覆盖10 kV开关柜出线至变压器低压侧开关区间，其正确动作表明故障点位于该区间内。

故障初期，单相接地电流较小，未能触发差动保护，但持续接地导致非故障相电压升高，最终发展为相间短路，引发大的接地电流，促使保护快速动作。录波数据及动作报文显示保护逻辑正确，成功限制了故障影响范围。故障录波如图2所示。

2 故障原因分析及处理

2.1 现场一次设备检查

对故障电缆进行现场检查，发现A相电缆末端严重烧损，如图3所示，A相电缆主绝缘层熔穿，半导电层已全部熔蚀，铜屏蔽层局部熔化。经分析，确认故障点位于开关柜出线A相电缆末端。电缆放电点如图4所示。

图2-图9

此外，现场检查发现，A相铜屏蔽层较相邻相超出1 cm，明显偏长，如图5所示。当铜屏蔽层过长时，电场线在该区域的分布变得不均匀，铜屏蔽层末端与绝缘层交接处的电场强度可能出现异常升高的情况，且绝缘层表面存在明显划痕，如图6所示，在剥切、打磨主绝缘层过程中损伤绝缘层表面，处理工艺粗糙。

2.2 故障原因分析

电缆结构如图7所示。电缆每一相线芯外均有接地的铜屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。正常电缆的电场只有从铜导线沿半径向铜屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场，因此电缆自身电场呈均匀径向分布。

制作电缆头需要剥除部分屏蔽层，导致电场分布发生畸变，产生对绝缘极为不利的轴向电场，易在屏蔽层断口处形成集中强电场，因而屏蔽层断口处为电缆最容易击穿的部位。

结合现场电缆放电痕迹及电缆损毁位置进行分析，本次故障的主要原因：一是电缆制作工艺不良，铜屏蔽层过长，末端构成尖锐电极，导致电场强度异常增大，引发局部放电；二是绝缘表面损伤，表面划痕和毛刺进一步加剧电场集中，同时直接破坏绝缘完整性，降低击穿电压。在强电场持续作用下，绝缘材料逐步劣化，同时，高温加速电缆绝缘材料的分子链断裂与介电性能劣化，而绝缘性能下降引发的温升效应进一步加剧热老化，最终发生击穿。单相接地后非故障相电压升高，致使缺陷累积的其他相相继击穿，形成相间短路。

3 治理措施与运维建议

3.1 现场治理

现场将故障电缆两端悬空进行绝缘测试，结果显示绝缘正常。将故障电缆末端切除后重新制作电缆末端，如图8所示，对新的电缆末端进行绝缘测试与耐压试验，试验结果均合格。在投运后进行电缆测温，结果合格，如图9所示。

3.2 预防措施

1）严格管控安装工艺质量，加强设备投运前验收质量。推行标准化作业，明确电缆剥切尺寸、打磨工艺等，要求使用精细砂纸沿轴向打磨，杜绝径向划痕，屏蔽层处理长度应符合相关标准要求，且新电缆必须在投运前进行绝缘电阻测试和交流耐压试验，以有效发现内部缺陷，杜绝带缺陷投运。通过以上标准化作业和严格验收，确保工艺质量从根源上达标。

2）加强设备投运前验收及运行中状态监测，并且在运行期间定期对开关柜进行红外热成像检测，及时发现因接触不良或内部放电导致的异常发热。

3）针对新建、改扩或近期检修的设备，开展电缆末端专项排查，重点检查屏蔽层长度和绝缘表面状况。

4 结论

10 kV开关柜出线电缆末端故障多源于制作工艺管控不严导致的电场畸变。本文通过分析典型故障案例，揭示了从屏蔽层处理不当、绝缘损伤到单相接地最终发展为相间短路的故障演化全过程。为保障电缆末端安全运行，从源头控制、运行过程把控、专项排查等方面提出了系统性防治策略，实现从“定期检修”到“预测性检修”的转变，做到隐患早发现、早处理。本文所述故障分析方法及治理措施的综合应用，可显著降低10 kV开关柜出线电缆末端故障率，提升配电网运行的可靠性与安全性。

本工作成果发表在2026年第4期《电气技术》，论文标题为“ 10 kV开关柜出线电缆末端故障分析与防治对策 ”，作者为靳生鹏。