電力電纜故障導(dǎo)測(cè)分析

[摘要]近年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)快速發(fā)展，地下電力電纜輸配電線路逐步取代架空線路為整潔明快的市容市貌提供了先決條件。城市電網(wǎng)電纜化程度將是衡量城市電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平的重要標(biāo)志。但是，由于電力電纜在制造、敷設(shè)施工、運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，不可避免地套出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行以及外力破壞等問(wèn)題，它們是導(dǎo)致電纜線路中電纜本體發(fā)生運(yùn)行故障的直接原因。文章結(jié)合實(shí)際情況，分析電力電纜故障的原因，提出縮短電力電纜故障修復(fù)時(shí)間、提高供電可靠性、減少停電損失的措施，在實(shí)際應(yīng)用中收到良好效果。

[關(guān)鍵詞]電力電纜；試驗(yàn)；故障；導(dǎo)測(cè)分析

[作者簡(jiǎn)介]梁書(shū)銘，廣東電網(wǎng)公司茂名高州供電局助理工程師，研究方向：變電一次設(shè)備試驗(yàn)，廣東高州，525200

[中圖分類號(hào)]TM247[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-7723(2009)01-0124-0002

高州市農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積約3200平方公里，用電戶數(shù)130萬(wàn)，目前高州市市區(qū)電網(wǎng)基本都實(shí)現(xiàn)了電纜化。由于城市建設(shè)速度的加快，電力電纜受到外力破壞的機(jī)會(huì)大大增加。電力電纜遭到破壞不僅會(huì)給供電企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響供電可靠性，給廣大人民群眾的生活生產(chǎn)帶來(lái)極大的不便。因此，為了在電力電纜出現(xiàn)故障的時(shí)候盡量縮短電力電纜故障修復(fù)時(shí)間，提高供電可靠性，減少停電損失，有必要對(duì)電力電纜進(jìn)行故障導(dǎo)測(cè)分析。

一、電纜故障產(chǎn)生的原因

(一)主要故障原因

1機(jī)械損傷(外力破壞)：占58％，當(dāng)時(shí)不一定損壞。

2附件制造質(zhì)量的原因：占27％，接頭的制作。

3敷設(shè)施工質(zhì)量的原因：占12％。

4電纜本體的原因：占3％，電纜的制作工藝與絕緣老化。

(二)故障分類

1按故障電阻與芯線情況分為開(kāi)路故障、短路(低阻)故障、高阻(泄漏性)故障、(高阻)閃絡(luò)性故障。

2按表面現(xiàn)象分為開(kāi)放性故障和封閉性故障。

3按接地現(xiàn)象分為單相接地故障、相間故障和多相接地混合性故障。

4按故障位置分為接頭故障和電纜本體故障。

二、故障探測(cè)的基本步驟

第一，故障性質(zhì)診斷，即了解故障性質(zhì)、故障原因、敷設(shè)環(huán)境、運(yùn)行情況等，選擇合適的故障探測(cè)方法。

第二，故障測(cè)距，在電纜一端用儀器測(cè)定故障點(diǎn)的距離。

第三，故障定點(diǎn)，按照測(cè)距結(jié)果，在一定范圍內(nèi)精確測(cè)定故障點(diǎn)具體位置。

三、電力電纜故障測(cè)距方法

電力電纜故障測(cè)距方法分為電橋法和脈沖法，其中電橋法又可分為傳統(tǒng)直流電橋、壓降比較法和直流電阻法；脈沖法分為低壓脈沖法、脈沖電壓法、脈沖電流法和二次脈沖法。以上各種方法的適用范圍如表1所示。

(一)低壓脈沖法

適用范圍：低阻短路故障(絕緣故障電阻小于幾百歐的故障)、開(kāi)路故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這類故障約占電纜故障的10％。低壓脈沖法還可用于測(cè)量電纜的長(zhǎng)度、電磁波在電纜中的傳播速度，也可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭與終端頭等。關(guān)于波速度，低壓脈沖測(cè)試原理的測(cè)試公式L=Vo△t／2中的V就是電磁波在電纜中傳播的速度，我們簡(jiǎn)稱為波速度。理論分析表明，波速度與電纜的絕緣介質(zhì)有關(guān)，與電纜芯線的線徑及芯線的材料無(wú)關(guān)，只要電纜的絕緣介質(zhì)一樣，波速度就一樣。現(xiàn)在大部分電纜都是膠聯(lián)聚乙烯或油浸紙電纜，它們的參考數(shù)據(jù)是：膠聯(lián)聚乙烯電纜的波速是170～172m／us、油浸紙電纜的波速為160 m／us。

低壓脈沖反射波形比較法，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，電纜結(jié)構(gòu)可能比較復(fù)雜，存在著接頭點(diǎn)、分支點(diǎn)或低阻故障點(diǎn)等；特別是低阻故障點(diǎn)的電阻相對(duì)較大時(shí)反射波形相對(duì)比較平滑，其大小可能還不如接頭反射，更使得脈沖反射波形不太容易理解，波形起始點(diǎn)不好標(biāo)定。對(duì)于這種情況我們可以用低壓脈沖比較測(cè)量法測(cè)試。

(二)脈沖電流法

將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號(hào)，通過(guò)分析判斷電流行波信號(hào)在測(cè)量端與故障點(diǎn)往返一趟的時(shí)間來(lái)計(jì)算故障距離。脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號(hào)。

1脈沖電流——直流閃絡(luò)測(cè)試法。適用于閃絡(luò)型故障的測(cè)試。給故障電纜施加直流高電壓信號(hào)，使故障點(diǎn)擊穿，根據(jù)故障點(diǎn)放電脈沖在測(cè)量端及故障點(diǎn)往返一趟的時(shí)間計(jì)算故障距離。

2脈沖電流——沖擊閃絡(luò)測(cè)試法。高阻故障如果使用直閃法測(cè)試，電壓會(huì)大量泄到發(fā)生器的內(nèi)阻上，容易損害高壓發(fā)生器；同時(shí)加到電纜上的電壓很小，不利于故障點(diǎn)的擊穿。對(duì)于高阻故障，需要使用沖閃法，在給脈沖電容充電后再加到故障上去，脈沖高電壓使故障點(diǎn)擊穿放電?！懊}沖電流沖閃法”測(cè)量原理，由“高壓脈沖產(chǎn)生器”產(chǎn)生一高壓脈沖加到被測(cè)電纜的故障相，故障點(diǎn)在高壓的作用下發(fā)生瞬間閃絡(luò)放電，電火花使得故障點(diǎn)變?yōu)槎搪饭收?，并維持幾u(yù)s-幾百ms時(shí)間，在故障點(diǎn)和測(cè)量端間同時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生來(lái)回反射波形。通過(guò)測(cè)量相鄰兩次來(lái)回反射波形的時(shí)間T，并通過(guò)公式S=VT／2計(jì)算出故障點(diǎn)到測(cè)量端的距離。

(三)二次脈沖法

二次脈沖測(cè)距方法在高壓信號(hào)發(fā)生器和二次脈沖信號(hào)耦合器的配合下，可用來(lái)測(cè)量電力電纜的高阻和閃絡(luò)性故障的距離，波形更簡(jiǎn)單，容易識(shí)別。二次脈沖測(cè)距方法結(jié)合低壓脈沖法的波形簡(jiǎn)單與脈沖電流法可以測(cè)量高阻故障的優(yōu)點(diǎn)，用高壓脈沖擊穿故障，并用穩(wěn)弧器延長(zhǎng)故障電弧，持續(xù)時(shí)間故障電弧持續(xù)時(shí)間內(nèi)，向故障點(diǎn)發(fā)射低壓脈沖，獲得脈沖反射波形，稱為電弧脈沖反射波形。將電弧脈沖反射波形與電纜不帶電(故障點(diǎn)不擊穿波形比較)，波形上開(kāi)始有明顯差異的點(diǎn)即故障點(diǎn)。

二次脈沖測(cè)距方法的二次脈沖反射波形簡(jiǎn)單，易于識(shí)別故障點(diǎn)。但設(shè)備接線復(fù)雜，體積大且故障擊穿機(jī)會(huì)較脈沖電流法減少。

四、電纜故障定點(diǎn)方法

(一)音頻信號(hào)感應(yīng)法

應(yīng)用查找路徑的“音頻電流感應(yīng)法”，對(duì)不能產(chǎn)生放電聲音的金屬性短路故障進(jìn)行精確定位。精度低，易受干擾。

(二)聲測(cè)法

通過(guò)測(cè)量故障點(diǎn)的放電聲音，對(duì)能發(fā)出放電的故障進(jìn)行精確定位。精度低，易受干擾。

(三)聲磁同步接收法

通過(guò)測(cè)量故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的聲音信號(hào)和脈沖磁場(chǎng)信號(hào)傳到傳感器的時(shí)間差，對(duì)能發(fā)出放電的故障進(jìn)行精確定位。精度高，不易受干擾。

(四)跨步電壓法

應(yīng)用“電位差原理”對(duì)直埋電纜的開(kāi)放性故障和超高壓電纜護(hù)套故障進(jìn)行精確定位。

五、高壓電纜主絕緣故障的特點(diǎn)與測(cè)試方法選擇

(一)高壓電纜的基本情況與主絕緣故障的特點(diǎn)

1這里的高壓電纜指的是6kV及其以上等級(jí)的電纜，主要有6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等各個(gè)等級(jí)。它一般有三芯統(tǒng)包型和單芯分包型兩種

組成形式。其中，單芯電纜又分有金屬護(hù)層和沒(méi)有金屬護(hù)層兩個(gè)類型。66kV及以上等級(jí)的單芯電纜一般都有金屬護(hù)層，6kV、10kV、35kV等級(jí)的單芯電纜一般沒(méi)有金屬護(hù)層，而6kV等級(jí)的三芯統(tǒng)包電纜一般也沒(méi)有金屬護(hù)層。

2高壓電纜的絕緣層相對(duì)較厚，產(chǎn)生的主絕緣故障90％以上都是高阻故障或閃絡(luò)性故障。其中，在運(yùn)行中發(fā)生的故障一般是開(kāi)放性的高阻故障，而在試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的故障有一部分是封閉性的閃絡(luò)性故障。

3高壓電纜的敷設(shè)工藝要求比較高，特別是無(wú)護(hù)層的單芯電纜，一般要求穿PVC管敷設(shè)。雖然高壓電纜大都有金屬護(hù)層，沒(méi)有金屬護(hù)層的要求穿PVC管敷設(shè)，高壓電纜不會(huì)像低壓電纜那樣易受到外力破壞，但因受外力破壞而發(fā)生的故障，在所有高壓電纜的故障中占的比例還是非常大的。

4無(wú)論多高電壓等級(jí)的電纜，其發(fā)生主絕緣故障后，用30kV的高壓信號(hào)發(fā)生器一般都能使故障點(diǎn)擊穿。對(duì)于不能擊穿的閃絡(luò)性故障，多做幾次試驗(yàn)后，就能擊穿了。

(二)測(cè)試方法選擇

1故障測(cè)距。由于高壓電纜發(fā)生的主絕緣故障一般是高阻及閃絡(luò)性故障，所以故障測(cè)距一般選擇脈沖電流法或二次脈沖法。

對(duì)于無(wú)金屬護(hù)層的單芯電纜，如果電纜某處的表皮受到破壞，使電纜內(nèi)進(jìn)入了大面積潮氣，天長(zhǎng)日久，電纜的銅屏蔽就會(huì)因被氧化而生銹。用高壓信號(hào)發(fā)生器向這種故障電纜中施加脈沖電壓時(shí)，銅皮的壓接處可能會(huì)發(fā)生火花放電，其放電產(chǎn)生的脈沖信號(hào)和真正故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的脈沖信號(hào)疊加后，會(huì)使放電信號(hào)波形變得復(fù)雜而無(wú)法識(shí)別和分析。對(duì)于這種電纜故障的測(cè)試，脈沖電流法與二次脈沖法不再適用，需要用電橋法進(jìn)行測(cè)距。

2故障定點(diǎn)。由于高壓電纜發(fā)生的主絕緣故障一般是高阻及閃絡(luò)性故障，向電纜中施加脈沖高壓使故障點(diǎn)放電時(shí)，故障點(diǎn)處一般會(huì)產(chǎn)生放電聲音。所以，故障定點(diǎn)選擇聲磁同步法最為合適。

對(duì)于穿管敷設(shè)的電纜，由于放電聲音被封到管內(nèi)，在地面上有可能收不到放電產(chǎn)生的聲音信號(hào)，這時(shí)需用其他可行的方法尋找故障點(diǎn)。

對(duì)于故障點(diǎn)處穿鐵管的電纜，因脈沖磁場(chǎng)信號(hào)被鐵管屏蔽，也無(wú)法用聲磁同步法進(jìn)行定點(diǎn)；由于單芯電纜的芯線與金屬護(hù)層同軸，在單芯電纜發(fā)生了封閉性故障，和雖然發(fā)生了開(kāi)放性故障但其故障點(diǎn)在比較干燥的PVC管內(nèi)時(shí)，通過(guò)兩者的脈沖電流信號(hào)的大小基本相同，方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，在地面上也接收不到脈沖磁場(chǎng)信號(hào)，同樣無(wú)法用聲磁同步法定點(diǎn)。這時(shí)，可以選擇聲測(cè)法或其他可行的方法。