基于輸電線路中的故障定位與原理分析

孫偉錦

（云南電網個舊供電有限公司，云南 個舊 661000）

在電力系統(tǒng)中，電能的傳送是通過導線來完成的，導線主要有架空線和電纜兩種形式。與架空線相比，電纜具有許多優(yōu)點：如占地面積小，不受建筑物和路面等限制，主要敷設于地下，對人身安全比較有利。其運行狀況不易受雷擊，風害和鳥害等外界因素的影響。對地電容為同級架空線的十倍以上，因而對提高電力系統(tǒng)的功率因數有利，對通訊線路的干擾很小。

1 故障分類

電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障是指電纜一個或多個導體(包括鉛、鋁外皮)斷開。通常在電纜至少一個導體斷路之前,串聯(lián)故障是不容易發(fā)現的,并聯(lián)故障是指導體對外皮或導體之間的絕緣下降,不能承受正常運行電壓。實際的故障組合形式是很多的，幾種可能性較大的幾種故障形式是一相對地、兩相對地和一相斷線并接地。根據故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡性故障。

開路故障。電纜的各芯絕緣良好,但有一芯或數芯導體斷開或雖未斷開但工作電壓不能傳輸到終端，或雖然終端有電壓但負載能力較差。

低阻故障。電纜的一芯或數芯對地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多,電阻值低于10Zc(Zc為電纜線路波阻抗)而芯線連接良好的。一般常見的這類故障有單相接地、兩相或三相短路或接地。

高阻與閃絡性故障。電纜的一芯或數芯對地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多,但高于10Zc而芯線連接良好。若故障點沒有形成電阻通道,只有放電間隙或閃絡性表面,此時故障即為閃絡性故障,據統(tǒng)計,這兩類故障約占整個電纜故障的90%。

2 故障原因

電力電纜線路故障率和多數電力設備一樣，投入運行初期(1～5年內)容易發(fā)生運行故障,主要原因是電纜及附件產品質量和電纜敷設安裝質量問題;運行中期(5～25年內),電纜本體和附件基本進入穩(wěn)定時期,線路運行故障率較低,故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應進潮而發(fā)生沿面放電;運行后期(25年后),電纜本體絕緣樹枝老化、電-熱老化以及附件材料老化加劇,電力電纜運行故障率大幅上升。

3 電纜故障性質的判斷

所謂故障的性質，就是確定：故障電纜電阻是高阻還是低阻；是閃絡還是封閉性故障；是接地、短路、斷線，是單相、兩相，還是三相故障。根據電纜故障性質的判斷，我們可以采取相應的試驗手段以便于快速、準確地測定電纜故障點，若電纜故障為低阻故障，我們則采用脈沖法。若電纜故障為高阻故障,我們則采用沖擊高壓閃絡法。

3.1 運行中的電纜發(fā)生故障時，預報警并顯示則有可能是電纜短路或接地故障，此類故障有可能由于短路接地電流大而造成斷線故障。

3.2 預防性試驗中發(fā)現的故障多為高阻故障。

3.3 對故障電纜進行絕緣電阻測定及導通試驗。

4 電纜預定位方法

由于電力電纜產品在發(fā)展過程中不斷采用新的絕緣材料，因而電纜的絕緣電阻也不斷增高，過去使用的一些探測方法已經不能滿足需要，因為使用以往的故障探測法，對于高阻故障，必須經過“燒穿”才能進行探測，電纜故障點的燒穿，要花費大量的時間、電力、設備和人力，這在故障探測中，是花時間最多，最難進步的一步，目前廣泛采用的是脈沖反射法，即閃測法，(利用故障點閃絡進行測距的儀器，簡稱為閃測儀)進行故障測尋，從而使故障可不經燒穿就能直接進行粗測。這種方法的優(yōu)點是：探測快、精度高、適應性強，所用儀器輕便，即可節(jié)省時間，又可節(jié)省人力，我們多利用脈沖反射法，和沖閃法能夠準確的尋找到各種類型的電纜故障，下面就電纜故障的性質和尋測方法進行一下分析:

若電纜故障為低阻故障，我們則采用脈沖法。若電纜故障為高阻故障,我們則采用沖擊高壓閃絡法。

4.1 用脈沖法測尋低阻電纜故障脈沖法是電纜測試中最簡便和直觀的尋測方法。其準確度很高。它可直觀從閃測儀中觀察出故障點是短路還是開路故障。并且可以從示波器標準距離刻度上直接推算出故障點距測量端的距離。

4.2 用沖閃法測尋高阻電纜故障根據我司多年來電纜在運行中及預防性試驗中所發(fā)生的電纜故障情況看來。電纜故障的70%以上是高阻故障，特別是在預防性試驗時發(fā)生擊穿的故障90%以上是高阻故障。沖擊高壓閃絡法更適合任何類型的高阻故障，并且試驗方法簡便、準確、快速。

5 電力電纜故障點精確定位與電纜識別方法

5.1 聲測法

聲測法是電纜故障定點的主要方法，多用于測試高阻、閃絡性故障和分部低阻故障。使用的設備與沖閃法相同，對于電纜護層燒穿的故障，可以直接聽到故障點的發(fā)電，對于未燒穿的故障，采用聲電轉換器將很小的震動波轉換成電信號，進行放大處理，用耳機來傾聽，聽測出最響點即位故障點位置。

5.2 聲磁同步法

在實際測試中，環(huán)境噪聲的干擾增加了聲測法準確辨別的難度。由于故障點放電時，除了產生電聲外，還會產生高頻電磁波向地面?zhèn)鞑?。通過同時接收聲波和電磁波方法來判斷當前的聲波是否由故障點放電引起。這就是聲磁同步法，它是對聲測試方法的改進，提高抗干擾能力。

5.3 音頻感應法

當電纜發(fā)生相間短路、相地短路及三相對地短路時，由于電纜故障點電阻等于零，放電間隙被短路，采用聲測法和聲磁同步法測試時，故障點放電聲音微弱，無法進行定位。而音頻感應法采用向導體通1KHZ左右的音頻電流，在地面上用音頻線圈探頭沿被測電纜方向接收電磁場信號，并將之送入放大器，再將信號送入耳機或儀表。相間短路或相間短路并接地故障測試時，接收線圈垂直或平行放置于電纜接收信號，當線圈沿電纜上方移動時，會聽到聲響有規(guī)則的變化，在故障出時聲響會增強，過來故障點時，聲響會明顯變弱或中斷。但是，對于單相接地故障，采用一般的電感線圈在電纜的全長上接收到的信號基本沒有變化，可以通過差動線圈接收的方法，兩個線圈的信號相減，抵消從地流過電流產生的磁場，接收器收到的信號只反映導體與金屬護套之間流動的電流產生的磁場，在故障點前接收器能收到一個沿電纜變化的信號，而在故障點后，由于沒有導體電流，所以接收器接收到的信號為零。

5.4 電纜識別方法

對于多條電纜并排敷設的情況，在尋找和排除電纜故障點時，需要區(qū)分出哪條是要尋找的電纜。由于通電導體周圍的磁場強度與導體的距離成反比，并且電纜的某一相導體不在電纜的軸線上，所以可以通過在電纜的導體對地或兩異體之間入音頻電流信號，利用探測儀接收電纜周圍磁場的變化，來判斷所要尋找的電纜。

6 電力電纜故障探測的步驟

電纜發(fā)生故障后，為確定電纜故障點的位置，一般分7步處理：

絕緣電阻的測量，首先用兆歐表測量相對地絕緣電阻，如果絕緣電阻為零，再用萬用表測量，判斷是高阻故障還是低阻故障，是否有相間短路。

故障點預定位，根據故障性質采用合適的測量方法，對故障點進行預定位，即測出電纜從測試端到故障點的長度。

電纜尋徑，對于那些資料不全的電纜需要確定電纜的基本走向，為故障精確定位做準備。故障點精確定位。電纜識別.障處理。絕緣電阻的再測量，判斷故障是否消除。

7 電力電纜故障測試的發(fā)展方向

目前國外-些公司將計算機技術引入到電纜故障定位系統(tǒng)中，將電纜的運行管理、故障測試及地理信息系統(tǒng)（GTS）結合起來。在GTS中輸入各電纜的資料信息，在故障測試中，將測試結果與GTS數據庫相連，儀器所測的故障點位置自動在GTS系統(tǒng)中顯示，GTS通過全球定位系統(tǒng)(GPS)將故障點位置與實際位置對應起來實現故障自動定位，這種方法能大大縮短故障處理的時間，但是需要完善的基礎資料和軟硬件支持。結合GTS與GPS技術，對電纜故障自動定位及運行狀態(tài)的監(jiān)控是一種發(fā)展趨勢。

[1]徐丙根《電力電纜故障探測技術》中國機械出版社.2001

[2]張棟國《電力電纜及其故障分析與測試》陜西科學技術出版社.1994