化工企業(yè)電力電纜故障定點(diǎn)測(cè)試

楊 斌，韓文龍，劉樹祥

（1.中國(guó)石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008；2.大慶石化公司，黑龍江 大慶 163714）

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的蓬勃發(fā)展，化工企業(yè)的高低壓線路以電纜為主。因此，保證電力電纜的安全運(yùn)行和及時(shí)正確排除故障迅速恢復(fù)供電是一項(xiàng)重要的工作。

電力電纜故障檢測(cè)是通過一系列的有效的方法查找出系統(tǒng)中故障電纜的故障點(diǎn)。由于電纜一般都是深埋在地下或電纜橋架內(nèi)，無法通過沿著電纜的表面去試探其故障點(diǎn)，所以只能通過一些其他的手段對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)。 隨著電纜的高阻故障不斷增多，過去使用的電橋法、音頻感應(yīng)法等已不能滿足需要，因?yàn)槭褂靡酝墓收咸綔y(cè)方法對(duì)于高阻故障必須經(jīng)過“燒穿”才能進(jìn)行探測(cè)，目前在國(guó)內(nèi)外已發(fā)展為使用脈沖反射，即閃測(cè)法等多種簡(jiǎn)易精確的故障探測(cè)法，使得電纜故障的探測(cè)大量的節(jié)約了時(shí)間和人力。

1 交聯(lián)聚乙烯電纜故障檢測(cè)

1.1 電纜故障點(diǎn)的位置的粗測(cè)

交聯(lián)聚乙烯電力電纜出現(xiàn)故障后，要對(duì)其故障點(diǎn)進(jìn)行粗測(cè)，就是探測(cè)出故障點(diǎn)到電纜任意一端的距離。 過去使用的方法是先將高阻故障燒穿成低阻故障后再用電橋法或低壓脈沖法進(jìn)行粗測(cè)。這種方法進(jìn)行燒穿費(fèi)時(shí)間、人力和電力，而且需要龐大的設(shè)備，所以現(xiàn)在探測(cè)電纜故障時(shí)，不再將高阻故障燒穿，而是直接對(duì)故障點(diǎn)加直流或沖擊高壓，使之閃絡(luò)，然后再通過閃絡(luò)脈沖反射測(cè)出故障點(diǎn)的位置。

1.2 閃絡(luò)測(cè)距法

根據(jù)電力電纜故障點(diǎn)的電阻的高低，施加不同的直流或沖擊電壓，使故障點(diǎn)放電打火產(chǎn)生閃絡(luò)。故障點(diǎn)的閃絡(luò)將產(chǎn)生躍變電壓（即脈沖電壓），這個(gè)躍變電壓以電波的形式在故障點(diǎn)和電纜的終端之間往返反射，在電纜的終端將電波記錄下來，便可根據(jù)電波波形判斷電波往返反射的時(shí)間，再根據(jù)電波在電纜中傳播的速度換算出故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離。

1.2.1 低壓脈沖法

應(yīng)用范圍。 有些交聯(lián)聚乙烯電力電纜的故障電阻較低，可能在100 Ω以下，有時(shí)還有可能有斷線故障。對(duì)于這些故障，可以不用高壓閃絡(luò)法探測(cè)，因?yàn)椴捎玫蛪好}沖法更為方便。 用低壓脈沖反射法測(cè)定電纜是斷線還是短路故障，并同時(shí)測(cè)量電纜的全長(zhǎng)，有時(shí)也用此法核對(duì)電波在電纜中的傳播速度。

故障點(diǎn)位置的計(jì)算與實(shí)測(cè)的故障波形。 由上述分析可知，閃測(cè)儀中設(shè)有低壓脈沖產(chǎn)生器，用以向電纜中發(fā)送矩形脈沖，測(cè)出的發(fā)送脈沖與反射脈沖間的時(shí)間差T，即電波在測(cè)試端到故障點(diǎn)之間往返傳播一個(gè)來回所需的時(shí)間，就可以算出故障點(diǎn)的位置。 圖1為使用低壓脈沖法進(jìn)行測(cè)量得到的故障波形。

圖1 低壓脈沖法典型故障波形

1.2.2 沖擊高壓閃絡(luò)法（沖閃法）

應(yīng)用范圍。當(dāng)故障點(diǎn)處形成貫穿性通道或故障電阻不很高的情況下，有兩種場(chǎng)合，不能使用直流閃絡(luò)法。 第一，隨著電壓的慢慢增加，只是漏泄電流逐步增大，而故障點(diǎn)卻不閃絡(luò)；第二，由于漏泄電流不斷增大，而使試驗(yàn)設(shè)備的使用容量受到限制，或由于試驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)阻很大，導(dǎo)致故障點(diǎn)加不上高壓，電壓全降在試驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)阻上。遇到上述情況時(shí)，必須采用沖擊高壓閃絡(luò)法。實(shí)際測(cè)尋過程中的統(tǒng)計(jì)表明，運(yùn)行中的交聯(lián)聚乙烯電力電纜故障有70%以上需要用沖閃法進(jìn)行粗測(cè)。

典型的故障波形。

1）故障點(diǎn)距離測(cè)試端有一定距離（數(shù)百米）時(shí)的故障波形，如圖2所示。圖2反映了沖閃波的全貌，可根據(jù)其前面一段波形上是否疊加有高頻尖脈沖來判斷故障點(diǎn)是否閃絡(luò)放電。

2）故障點(diǎn)在測(cè)試端的另一端及其附近時(shí)的故障波形，如圖3所示。此波形與典型波形的不同之處，在于第一個(gè)正脈沖之前還有一個(gè)負(fù)脈沖。這是因?yàn)橄螂娎|施加負(fù)沖擊高壓時(shí)，故障點(diǎn)處負(fù)高壓的上升要有一個(gè)過程，故障點(diǎn)處的電力過程也需要一段時(shí)間。所以在故障點(diǎn)放電之前，電波已在另一端被反射，并越過故障點(diǎn)而傳到測(cè)試端，從而導(dǎo)致測(cè)試回波正脈沖前出現(xiàn)負(fù)脈沖。

圖2 故障點(diǎn)距離測(cè)試端有一定距離的波形

圖3 故障點(diǎn)在測(cè)試端的另一端的波形

3）故障點(diǎn)靠近測(cè)試端時(shí)兩者距離小于40 m的故障波形，如圖4所示。計(jì)算故障點(diǎn)距測(cè)試端距離Lx時(shí)，先數(shù)出在1 μs內(nèi)故障點(diǎn)和測(cè)試端之間，故障波的往返次數(shù)m，根據(jù)Lx=80/m計(jì)算。

圖4 故障點(diǎn)靠近測(cè)試端時(shí)波形

有時(shí)，加沖擊高壓時(shí)故障點(diǎn)不放電或放電不充分，特別是在較大面積受潮的電纜中更易發(fā)生此現(xiàn)象。消除這種現(xiàn)象的辦法是，加大儲(chǔ)能電容器的放電量Wc。根據(jù)公式Wc=CV2/2進(jìn)行分析，加大該電容器的放電容量C和提高故障點(diǎn)的放電電壓V，均可增大Wc，即提高故障點(diǎn)的放電能量；但在儲(chǔ)能電容器的電容量C足夠大的情況下，則以提高放電電壓V效果更為顯著。對(duì)于電纜較大面積受潮的故障，可以通過適當(dāng)?shù)摹盁眮砀淖児收闲再|(zhì)，以使故障點(diǎn)能夠閃絡(luò)放電。

2 電力電纜故障精確定點(diǎn)

電纜故障一般要進(jìn)行大致的定位再進(jìn)行精確定位。電纜故障的精確定點(diǎn)，也是根據(jù)是高阻故障還是低阻故障而采取不同的方法。對(duì)于高阻故障，一般用聲測(cè)法定點(diǎn)；對(duì)于低阻故障（金屬性接地故障除外），雖也可用聲測(cè)法定點(diǎn)，但效果（響度）比較差，故主要用音頻感應(yīng)法定點(diǎn)。

2.1 聲測(cè)法

用聲測(cè)法定點(diǎn)時(shí)，首先要用一個(gè)能使故障點(diǎn)產(chǎn)生規(guī)則放電的裝置，使故障點(diǎn)放電；然后，在粗測(cè)所得的故障點(diǎn)位置之后，用接收故障點(diǎn)放電的裝置（即定點(diǎn)儀）來確定故障點(diǎn)的精確位置。

用聲測(cè)法對(duì)故障電纜進(jìn)行精測(cè)時(shí)儀器的使用要點(diǎn)。

1）有時(shí)電磁波也會(huì)竄入形成假信號(hào)，對(duì)于假信號(hào)，耳機(jī)中不會(huì)出現(xiàn)聲響最大的情況，故聽測(cè)時(shí)應(yīng)區(qū)別真信號(hào)和假信號(hào)。

2）有時(shí)由于環(huán)境干擾大，使得故障點(diǎn)放電閃絡(luò)時(shí)傳給探頭的振動(dòng)波很弱，從而使定點(diǎn)比較困難，這時(shí)，可以利用放電閃絡(luò)時(shí)同時(shí)發(fā)射電磁波和振動(dòng)波這一特點(diǎn)，使用兩臺(tái)定點(diǎn)儀，一臺(tái)之探頭工作于“定點(diǎn)”檔，一臺(tái)的探棒工作在“路徑”檔，在兩臺(tái)定點(diǎn)儀的耳機(jī)中同時(shí)聽到“啪……啪”的振動(dòng)波信號(hào)聲響后，移動(dòng)兩定點(diǎn)儀，探頭工作在“定點(diǎn)”檔的定點(diǎn)儀的耳機(jī)中聲響最大時(shí)，探頭所在的位置即為對(duì)應(yīng)的電纜故障的準(zhǔn)確位置。

3）在定點(diǎn)儀的耳機(jī)中聽到“啪……啪……”的振動(dòng)波信號(hào)聲響后，應(yīng)逐步減小定點(diǎn)儀的輸出音量，和逐步縮小聽測(cè)范圍，最后在地面上確定一個(gè)聲響最大的點(diǎn)，此點(diǎn)即對(duì)應(yīng)于電纜故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

聲測(cè)法定點(diǎn)的過程。用閃測(cè)儀粗測(cè)電纜故障點(diǎn)的距測(cè)試端的距離之后，在地面上沿用已知電纜路徑，在粗測(cè)所得的故障點(diǎn)位置附近，用定點(diǎn)儀進(jìn)行準(zhǔn)確定點(diǎn)。

2.2 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于探測(cè)故障電纜電阻小于10 Ω的低阻故障。 探測(cè)時(shí)，通常先用低壓脈沖反射法，對(duì)低阻電纜故障進(jìn)行粗測(cè)，找出故障點(diǎn)的大概位置，然后用音頻感應(yīng)法進(jìn)行精測(cè)。在用聲測(cè)法進(jìn)行定點(diǎn)時(shí)，因振動(dòng)聲傳播受到屏蔽，或外界振動(dòng)干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點(diǎn)根本無放電聲而無法定點(diǎn)，這時(shí)便需用音頻感應(yīng)法進(jìn)行特殊的測(cè)量。

2.2.1 定點(diǎn)的應(yīng)用范圍

用音頻法對(duì)兩相短路或兩相短路并接地故障，以及三相短路或三相短路并接地故障進(jìn)行測(cè)尋，都能獲得滿意的效果，一般測(cè)尋所得的故障點(diǎn)位置之絕對(duì)誤差為1～2 m。其它類型故障，如一相或兩相斷線，單相接地等故障位置，若采用特殊探頭，也能用音頻感應(yīng)法準(zhǔn)確的測(cè)出來。

2.2.2 各種故障的探測(cè)方法

電纜相間短路（兩相或三相短路）故障的探測(cè)方法。用音頻法探測(cè)相間短路（兩相或三相短路）故障的故障點(diǎn)的位置時(shí)，向短路芯線通以音頻電流，在地面上用接收線圈（電感式）接收信號(hào)，送入接收機(jī)進(jìn)行放大；再用耳機(jī)聽測(cè)信號(hào)的變化，直到信號(hào)中斷；此時(shí)，探頭的地面位置即對(duì)應(yīng)于實(shí)際故障點(diǎn)的位置。相間短路及相間短路并接地的故障點(diǎn)的位置，用音頻感應(yīng)法測(cè)尋比較靈敏。

單相接地故障的測(cè)尋方法。測(cè)尋單相接地故障的故障點(diǎn)的位置時(shí)，將音頻信號(hào)發(fā)生器接在故障相與地之間，相地之間通入音頻電流，電流通過故障點(diǎn)鉛皮后分成兩路，一路由故障點(diǎn)直接返回測(cè)試端，另一路經(jīng)由鉛皮和大地而流向故障電纜另一端，再經(jīng)過大地返回測(cè)試端，這就使全電纜線路均有音頻信號(hào)通過。

3 結(jié)語(yǔ)

高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜故障的各種故障探測(cè)方法，實(shí)際上也是其它高壓電力電纜故障出現(xiàn)故障后的探測(cè)方法。這些故障探測(cè)方法有各種各樣，低阻故障時(shí)通常用低壓脈沖法來探測(cè)。 在交聯(lián)電力電纜出現(xiàn)故障后，先進(jìn)行粗測(cè)，把其故障點(diǎn)范圍確定在幾十米或十幾米的范圍內(nèi)，然后在粗測(cè)的結(jié)果范圍內(nèi)進(jìn)行精確定點(diǎn)。