３５ＫＶ及以下電力電纜故障點測尋方法

冀維成

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0110043-01

隨著社會的不斷發(fā)展，電力電纜供電以其安全、可靠、穩(wěn)定、不影響城市美化硬化等優(yōu)點被城鎮(zhèn)配電網(wǎng)廣泛采用，現(xiàn)已成為滿足城鎮(zhèn)負荷增長和城鎮(zhèn)建設(shè)要求的必然發(fā)展趨勢。在10KV及以下中低壓配電網(wǎng)的供電方式已逐漸由電纜供電取代架空線供電，盡管電纜供電有著顯而易見的優(yōu)點，由于電纜數(shù)量的急劇增加，故障頻率也相應(yīng)加大，且電纜地下隱蔽性，在故障排查等問題上難以像架空線路那樣直觀，而且大部分縣級城鎮(zhèn)電纜的敷設(shè)方式多為直埋敷設(shè)形式，更給電纜運行維護帶來了許多麻煩，對電網(wǎng)持續(xù)可靠供電帶來了困難，所以如何快速準確查找直埋電纜故障點，提高城鎮(zhèn)電纜供電的可靠率、提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，是縣級供電企業(yè)迫需解決的問題。為了解決這個問題，我供電局于2007年購置了一套HD-5816型電纜故障測試儀。對該供電局所轄的10KV電力電纜進行故障探測。經(jīng)過積極的探索和分析，該探測儀在電纜故障測尋工作中發(fā)揮了極好的效果，電纜工作人員積累了大量的經(jīng)驗。現(xiàn)對電纜故障發(fā)生的原因及測尋方法與原理進行探討。

一、電纜故障的原因

我們知道，電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，大致有如下幾種常見的主要原因：

1．電纜受外力損傷。主要是市政建設(shè)管理部門監(jiān)管不嚴，施工單位對電纜保護意識淡薄以及供電企業(yè)的巡查力度不夠引起的，約占電纜事故的40%。

2．電纜外部機械損傷。由于電纜施工單位未嚴格按照施工標準要求進行施工以及質(zhì)量監(jiān)督人員未能監(jiān)管到位，造成電纜外部損傷或電纜敷設(shè)時留有隱患，致使電纜運行一段時間被擊穿。

3．電纜負荷過大。在供電負荷高峰期時電纜長期過負荷運行，致使電纜運行溫度超過電纜正常運行時的允許溫度，導(dǎo)致電纜終端接頭、中間接頭或電纜薄弱處首先被擊穿。

4．電纜受外界環(huán)境影響。由于受地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致電纜保護層受到化學(xué)和電腐蝕等，使用時間過久，致使保護層失效或電纜外鉛皮被潮氣侵入，最終導(dǎo)致電纜擊穿。在污穢嚴重的地區(qū)，電纜終端頭套管可能出現(xiàn)污閃，也可能造成短路事故。

5．曾發(fā)生過接地短路故障。由于當時故障未被發(fā)現(xiàn)，電纜依然運行，但經(jīng)過一段時間后電纜被擊穿。

6．施工工藝的影響。由于電纜施工人員沒有經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)或未按標準施工，導(dǎo)致施工人員在制作電纜頭或中間

接頭時工藝質(zhì)量差，造成電纜運行一段時間后出現(xiàn)電纜頭或中間接頭爆裂現(xiàn)象。

二、電纜故障測尋的初測方法

電纜故障點的測尋首先根據(jù)電纜發(fā)生時出現(xiàn)的現(xiàn)象及一些簡單試驗，初步判斷電纜故障的性質(zhì)，是絕緣損壞還是導(dǎo)體斷線，是單相還是多相，屬于高阻、低阻、金屬性接地還是瞬間擊穿（閃絡(luò)）故障等；然后按照故障性質(zhì)選擇初測方法，經(jīng)初測確定故障點的區(qū)段?，F(xiàn)將電纜幾種典型的故障測量方法的原理及其適用范圍作一簡單介紹，以便作為電纜檢修管理部門在判斷和處理電纜故障時的參考。

（一）電橋法

電橋法是使用歷史最長的電纜故障測尋方法。在電纜故障測試技術(shù)迅速發(fā)展、涌現(xiàn)出如新型的測試方法和測試設(shè)備的情況下，電橋法在測尋如單相接地和相間短路等電纜故障方面，仍有使用方便、測試誤差?。ㄒ话阍?.3%-0.5%）的獨特優(yōu)點。

現(xiàn)以相接地故障為例說明，首先在電纜線路的另一端，將故障相導(dǎo)體和絕緣良好相導(dǎo)體跨接，以形成測試回路。其次在測試端將絕緣良好相和故障相分別接入A和B，這時電纜故障接地點兩側(cè)的電纜導(dǎo)體成了電橋的兩個橋臂。第三調(diào)整可調(diào)電阻，將電橋調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，即檢流計中電流為零。由于導(dǎo)體長度和電阻成正比，當電橋平衡時，兩個橋臂電阻之比，即為故障點兩邊電纜長度之比。

電橋法通常適用于測試直埋電纜低電阻（絕緣電阻大于100Ω但小于100KΩ）接地故障和三相短路接地故障的測尋。在上個世紀七十年代以前，世界各工業(yè)發(fā)達國家都廣泛采用此種方法，被稱為“經(jīng)典”方法。幾十年來幾乎沒有什么質(zhì)的變化，對于短路故障及低阻故障的測試簡單、方便、精確度高，缺點是需要知道電纜準確長度等原始資料，要求電纜必須有一個絕緣良好相，如果測尋三相短路接地故障就必須借用回線。實際上，電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障，再用電橋法測量故障之前，需用高壓設(shè)備將故障點燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進行測量的范圍，而故障點燒穿是件十分困難的工作，往往花費數(shù)小時、甚至幾天的時間，十分不方便。故電橋法的局限性很大。

（二）低壓脈沖反射法（又叫雷達法）

我們知道，脈沖波在電纜線路上是按照一定的速度傳播，即傳播的距離和時間成線性關(guān)系。低壓脈沖反射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，直到阻抗失配的不匹配點，如中間接頭、短路點、斷路點和終端頭等，在這些點上都會引起電磁波的反射，故障點產(chǎn)生的一個反射脈沖回送到測試儀器中并被接收。

此方法適用于測試直埋電纜低電阻（絕緣電阻小于100Ω）接地故障和三相短路接地故障及斷線故障的測尋。脈沖反射法快捷、簡便和準確，不需要電纜的準確長度等原始技術(shù)資料，根據(jù)脈沖反射波還可以容易地識別電纜接頭與分支點的位置。但實踐證明現(xiàn)場絕大多數(shù)故障電纜，由于故障點放電不清晰，對于一些如電力電纜受潮等故障，接收不到清晰的反射波，無法測出故障距離，其所反射的波形只能測試電纜全長。低壓脈沖反射法仍不能適用于高阻和閃絡(luò)性故障的測量。

（三）直流閃絡(luò)法和沖擊高壓閃絡(luò)法

直流閃絡(luò)法（簡稱直閃法）使用于閃絡(luò)性故障，即故障點沒有形成電阻通道（或電阻值極高）但電壓升高到一定值時就會產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象。直流閃絡(luò)法的基本原理是，采用施加直流高壓將電纜故障點瞬時擊穿，故障點產(chǎn)生閃絡(luò)，通過測量端的波形，得到測量端到故障點的距離。

據(jù)統(tǒng)計，能用直流閃絡(luò)法測量的電纜故障，約占電纜故障總數(shù)的10%，在預(yù)防性試驗中出現(xiàn)的電纜故障多屬于該類故障。直流閃絡(luò)法適合在較高電壓下能被瞬時擊穿的閃絡(luò)故障，其波形簡單、容易理解，讀數(shù)精度高。但一些故障點在幾次閃絡(luò)放電之后，往往造成故障點電阻下降，形成炭阻通道，以致不能再用直閃法測試。

在故障點電阻不是很高時，如果用直閃法，因直流泄露電流較大，電壓幾乎全降到了高壓試驗設(shè)備的內(nèi)阻上去了，電纜上電壓很小，故障點形不成閃絡(luò)。必須使用沖擊高壓閃絡(luò)法，簡稱沖閃法。

沖閃法的一個關(guān)鍵是判斷故障電纜是否擊穿放電。一些經(jīng)驗不足的測試人員往往認為，只要球間隙放電了，故障點就擊穿了。顯然這種想法是不正確的。球間隙擊穿是否與間隙距離及所加電壓幅值有關(guān)。距離越大，間隙擊

穿所需電壓越高，通過球間隙加到電纜上的電壓越高。而電纜故障點能否擊穿取決于故障點電壓是否超過臨界擊穿電壓，如果球間隙較小，電纜上得到的沖擊高壓小于故障點擊穿電壓，顯然就不會出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

沖閃法亦適用于測試大部分閃絡(luò)性故障、斷路和低阻、短路性故障。當然由于直閃法波形現(xiàn)對簡單，容易獲得較準確的結(jié)果，應(yīng)盡量使用直閃法測尋。

應(yīng)用以上方法可以初測電纜故障點的距離，是排除電纜故障重要的步驟。不論使用的電纜故障儀的分辨率有多高，所讀出的故障點的距離僅僅代表了從電纜測試端到故障點的電纜長度。由于電纜的埋設(shè)路徑不可能是一條直線，而且每個接頭和中間接頭都不可避免存在預(yù)留長度，以便故障檢修之用。所以電纜故障儀讀出的故障距離不可能和地面測量距離完全一致。這個讀數(shù)只能作為精確定點的重要參考。

三、電纜故障精確定點

電纜故障精確定點是電纜故障測尋工作的最后一步，也是十分重要的一步。定點的準確與否，直接影響故障處理工作的效率，對直埋電纜也決定著開挖土方量的大小。常用的方法為沖擊放電聲測法和聲磁同步法。

（一）沖擊放電聲測法

沖擊放電聲測法（簡稱聲測法）是利用沖擊放電聲測法是利用直流高壓試驗設(shè)備向電容器充電、儲能，當電壓達到某一數(shù)值時，球間隙擊穿，高壓試驗設(shè)備和電容器上的能量經(jīng)球間隙向電纜故障點放電，產(chǎn)生機械振動聲波。在初測的距離附近，沿電纜線路，用拾音器來接收故障點的放電波，以此來確定故障點的精確位置。

（二）聲磁信號同步接收定點法

聲磁信號同步接收定點法（簡稱聲磁同步法）的基本原理是向電纜加沖擊直流高壓使故障點放電，在放電瞬間電纜金屬護套與大地構(gòu)成的回路中形成感應(yīng)環(huán)流，從而在電纜周圍產(chǎn)生脈沖磁場。應(yīng)用感應(yīng)接收儀器接收脈沖磁場信號和從故障點發(fā)出的放電聲信號。故障點離麥克風(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放電產(chǎn)生的，故障點就在附近，否則可認為是干擾。儀器根據(jù)探頭檢測到的聲、磁兩種信號時間間隔為最小的點即為故障點。

電纜故障的精測定點，視其故障電阻的高低可分別采取不同的方法。一般來說，95%以上的電纜故障是故障電阻不等于零的非金屬性接地故障，它們均可采用聲測定點法精測定點。但是，在實際測試時，音響效果與故障電阻成正比，對于不足5%的金屬性接地或電阻極低的故障，由于聲測定點法的音響效果太差，難以精測定點，此時應(yīng)采用聲磁同步法精測定點。

四、結(jié)束語

電力電纜故障探測技術(shù)與方法，除上面所述的幾種主要方法外，還有電容法、時差定位法、局部過熱法、跨步電壓法及音頻感應(yīng)法，甚至目前國際上先進的二次脈沖法等。不論使用哪種電纜故障測試儀測尋故障，都必須掌握電力電纜測尋的一些常用的基本方法。盡管一些智能電力電纜測試儀降低了對操作人員的技術(shù)要求和經(jīng)驗要求，提高了現(xiàn)場故障的判斷準確率，但是筆者建議作為35KV及以下電力電纜運行管理人員掌握如何分析故障性質(zhì)、選擇合適的測試方法、如何分析測試波形等內(nèi)容是非常必要的。