電力電纜故障探測

　　摘要：該文介紹了電力電纜故障探測工作中，常用的幾種探測方法及在應(yīng)用效果上的分析和比較。
　　　　
　　隨著電力電纜在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用日益廣泛，運(yùn)行時間越久，故障會越來越頻繁，如何及時有效地處理故障，保證城市供電和電網(wǎng)的正常運(yùn)行，就要看是否能夠快速準(zhǔn)確地判定故障性質(zhì)和地點(diǎn)。為解決這項(xiàng)課題，淮北供電公司于2002年購置了一套YM型電纜故障探測議，開始是給配電工區(qū)使用，后給修試所實(shí)驗(yàn)班使用，對公司所轄的電纜進(jìn)行故障探測。經(jīng)過積極探索和分析研究判斷，在多次的電纜故障探測工作中發(fā)揮了*的作用和效果，也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對電纜故障發(fā)生的原因、性質(zhì)、探測原理與方法、實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行探討。
　　
　　1、電纜故障原因
　　
　　導(dǎo)致電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，現(xiàn)將常見的幾種主要原因歸納如下：
　　
　　機(jī)械損傷。電纜的很多故障是由于敷設(shè)安裝時造成的機(jī)械損傷或敷設(shè)后在電纜線路上施工造成的外力損傷，而直接引起的。有時雖然損傷輕微，但在幾個月甚至幾年后其損傷部位的絕緣將逐漸降低而導(dǎo)致?lián)舸?br />　　
　　設(shè)計和制作工藝不良，不按規(guī)程要求制作，往往是形成電纜故障的重要原因。
　　
　　化學(xué)、電腐蝕。電纜外鉛皮電腐蝕導(dǎo)致潮氣侵入，絕緣破壞。
　　
　　電纜的制造缺陷。
　　
　　由于電纜長期過負(fù)荷運(yùn)行，電纜的溫度會隨之升高，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升，常常導(dǎo)致電纜薄弱處和對接接頭處首先被擊穿。
　　
　　電纜絕緣物的流失。
　　
　　2、電纜故障預(yù)定位的方法
　　
　　在電纜故障定位中zui重要的一步就是鑒別電纜故障類型。一旦故障發(fā)生，判斷故障類型，根據(jù)故障類型和本單位的設(shè)備條件選擇合適的探測方法，直接影響著對事故處理的速度。實(shí)際上，電纜可能在任何位置發(fā)生任何類型的故障，能否快速排除故障取決于現(xiàn)場工作人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。通常用萬用表來測定故障電纜電阻，按電阻大小把電纜故障分為兩組：低阻故障——小于100kΩ；高阻故障——大于100kΩ。每種類型的電纜故障需要特殊的方法進(jìn)行預(yù)定位，常用的比較有效的預(yù)定位方法如下。
　　
　　2.1低壓脈沖反射法
　　
　　這種測量方法是將高頻率的低壓脈沖發(fā)送到電纜中，該脈沖沿電纜傳播，直到阻抗失配的地方，如中間接頭、T接頭、短路點(diǎn)、斷路點(diǎn)和終端頭等，在這些點(diǎn)上都會引起波的反射，反射脈沖回到電纜測試端時被試驗(yàn)設(shè)備接收。實(shí)踐證明現(xiàn)場絕大多數(shù)故障電纜，采用低壓脈沖反射法是無法測量故障位置的，其所反射的波形只能測試電纜全長。圖1為低壓脈沖反射標(biāo)準(zhǔn)波形圖。
　　
　　2.2高阻故障的測量
　　
　　2.2.1直流高壓閃絡(luò)法
　　
　　直流高壓閃絡(luò)法使用于閃絡(luò)性故障，即故障點(diǎn)沒有形成電阻通道（或電阻值*）但電壓升高到一定值時就會產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象。
　　
　　工作原理：給故障電纜加直流負(fù)高壓，當(dāng)電壓升高到一定值時，故障點(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)，閃測儀即顯示出測量端的波形，如圖2所示。故障距離為波形的起始點(diǎn)T0到下降處拐點(diǎn)T1的實(shí)際時間間隔所對應(yīng)的距離。
　　
　　（a）探測故障（b）波形
　　
　　在實(shí)際中，電纜的閃絡(luò)性故障是極普遍的，凡是預(yù)試擊穿的電纜幾乎都有閃絡(luò)過程，運(yùn)行擊穿的電纜故障，約半數(shù)也有閃絡(luò)過程。在對故障電纜進(jìn)行直接加壓時，電纜閃絡(luò)過程長短不一，有些故障只閃絡(luò)幾次就形成穩(wěn)定的通道，不再閃絡(luò)，故在發(fā)現(xiàn)電纜有閃絡(luò)過程，應(yīng)抓緊時機(jī)，珍惜這樣的現(xiàn)象進(jìn)行測試。由于直閃法比沖閃法波形好精度高，故盡可能使用直閃法測量。
　　
　　2.2.2故障點(diǎn)燒穿法
　　
　　故障點(diǎn)燒穿法應(yīng)用于高阻故障，設(shè)備通過輸出直流負(fù)高壓，對高阻故障點(diǎn)進(jìn)行處理，使故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧放電并碳化絕緣介質(zhì)，因碳化連接點(diǎn)是低電阻的，使高阻故障變成低阻故障，再應(yīng)用低壓脈沖反射法就可測出。故障點(diǎn)燒穿法主要用于油紙絕緣電纜。采用故障點(diǎn)燒穿法的缺點(diǎn)是燒穿時間長，耗人力，容易形成金屬性短路，為探定故障點(diǎn)造成困難。故障點(diǎn)電阻恢復(fù)，還得進(jìn)行第二次燒穿，所以一般不采用這種方法。
　　
　　2.3沖擊高壓閃絡(luò)法
　　
　　沖閃法分為電阻和電感沖閃兩種。對于前者，因電阻在線路中的分壓作用，使得實(shí)際加到故障電纜上的電壓偏低，故對放電不利，特別是對于那些有較高阻值的故障更難以放電，因此存在一定的局限性，通常采用后者。電感沖閃法的優(yōu)點(diǎn)在于幾乎能適應(yīng)任何類型的故障。大量事實(shí)證明，電感沖閃法是對付那些被人們用別的方法測不出來，而被稱之為zui頑固的故障的zui強(qiáng)有力手段，所以把電感沖閃法作為zui主要的測試方法。沖擊直流高壓電感測量法（簡稱沖L法）的測量線路如圖3（a）所示。當(dāng)電源接通后，首先由直流高壓給貯能電容C充電，當(dāng)電容上的電壓高到一定幅值時，球隙Q被擊穿放電，在t0時刻瞬間負(fù)高壓加到電纜故障相，并傳向故障點(diǎn)，繼而故障點(diǎn)閃絡(luò)放電。故障點(diǎn)放電時的短路電弧使沿電纜送去的電壓波反射回去，從而在測量端和故障點(diǎn)之間產(chǎn)生如圖3（b）所示的波形，圖中尖脈沖是由于電感L的微分作用所致。這一波形通過R1、R2電阻分壓后加到儀器上。
　　
　　（a）沖L法測量故障（b）沖L法測量波形
　　
　　沖L法主要用于測量泄漏性高阻故障，也可測量閃絡(luò)性高阻故障。應(yīng)當(dāng)指出，電纜故障YM型電纜故障測試儀，雖是較*的儀器，但它們均屬于粗測儀器，當(dāng)判斷出故障點(diǎn)的粗略范圍后，還需設(shè)法定點(diǎn)，目前采用的方法主要是聲測定點(diǎn)法。
　　
　　3、電纜故障定點(diǎn)法
　　
　　電纜故障的預(yù)定位，據(jù)目前的測試水平來看是不困難的。如果用YM電纜故障定位系統(tǒng)，在電纜波形粗測確定以及路徑清楚的情況下，一般只用數(shù)分鐘便能測出故障點(diǎn)至測試端的距離，而且預(yù)定位誤差一般不會超過10m。但是，由于電纜運(yùn)行資料的誤差和不完整，故障類型的不同，以及電纜故障點(diǎn)所處的環(huán)境因素的復(fù)雜多樣性，如欠缺電纜的準(zhǔn)確長度和線路圖，在強(qiáng)大的噪聲源和工頻電磁場附近，電纜敷設(shè)在埋管中、難于進(jìn)入到建筑物等，都會給故障點(diǎn)的定點(diǎn)帶來許多意想不到的困難。大量實(shí)踐證明，定點(diǎn)方面的問題，已成為快速尋測故障的主要矛盾。現(xiàn)主要用聲磁信號同步接收定點(diǎn)法，此方法給故障電纜加上一個幅度足夠高的沖擊電壓，使故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)放電，產(chǎn)生相當(dāng)大的“啪、啪”放電聲，同時，會在電纜的外皮與大地形成的回路中感應(yīng)出環(huán)流來，這一環(huán)流在電纜周圍產(chǎn)生脈沖磁場。用一個包含接地麥克風(fēng)接受器和耳機(jī)的聽音裝置在地面探測。故障點(diǎn)離麥克風(fēng)的距離越近，閃絡(luò)聲就越大。在監(jiān)聽聲音信號的同時，接收到脈沖磁場信號，即可判斷該聲音是由故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的，故障點(diǎn)就在附近，否則可認(rèn)為是干擾。在故障點(diǎn)位置處能探測到閃絡(luò)聲的zui大值。
　　
　　當(dāng)遇到電纜本體內(nèi)閃絡(luò)或故障點(diǎn)附近有共振的情況，放電時，聲音會在一大段電纜內(nèi)部都能聽見，且大小相同，就很難做到定位。鑒于目前尚未有更好的技術(shù)，能夠完善的解決定點(diǎn)的問題，只有根據(jù)預(yù)定位距離和電纜資料，打開電纜溝蓋板或挖開直埋段的路面，直接在電纜本體上進(jìn)行定點(diǎn)工作。
　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　電力電纜故障探測方法及技術(shù)，除上面所述的幾種主要方法外，還有高壓電橋法、電容法、跨步電壓法及音頻感應(yīng)法。使用電纜故障測試儀探測故障，不但要熟悉儀器的使用方法，還要懂分析故障性質(zhì)和測試波形。筆者認(rèn)為在探測電纜故障時選擇合適的測試方法是非常必要的，可以大大減少故障探測時間，同時總結(jié)為：
　　
　　低阻接地故障探測（R<10kΩ），以低壓脈沖法、電橋法測試為易；
　　
　　具有絕緣回復(fù)性的高阻故障（R>100kΩ），以直閃法測試為*；
　　
　　高阻接地故障（R>100kΩ），以沖閃法測試為zui準(zhǔn)。
　　
　　自2002年購置了YM電纜故障探定位系統(tǒng)以來，主要使用高壓沖擊法進(jìn)行電纜故障探測，幾年來的成功率為100。為及時有效地排除故障，保證城市用電和電網(wǎng)的正常運(yùn)行發(fā)揮了很好的作用。