淺談電力電纜故障定位技術(shù)與方法

【摘 要】本文闡述了電纜故障產(chǎn)生的原因，故障的類(lèi)型，提出電力電纜故障查找的應(yīng)對(duì)技術(shù)措施，可為電纜運(yùn)行維護(hù)部門(mén)提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】電力電纜;故障;查找

1、前言

隨著電力電纜成本的下降和城市電網(wǎng)改造工作的開(kāi)展，電纜以其送電可靠性高、受地面建筑物和天氣影響小、占地少、安全隱蔽等優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的增大、電纜數(shù)量的增多及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，電纜故障變得越來(lái)越頻繁。一旦電纜發(fā)生故障，由于其隱蔽性，查找的過(guò)程將十分困難和繁瑣。若不能快速、準(zhǔn)確地定位故障，將會(huì)給正常的供電帶來(lái)極大的影響。因此如何快速和準(zhǔn)確地查找電力電纜故障，成為亟待解決的問(wèn)題。

2、電力電纜故障產(chǎn)生的原因

電力電纜的故障原因可大致歸納如下：①絕緣老化變質(zhì)。電纜絕緣長(zhǎng)期在電磁作用下工作，要受到伴隨電磁作用而來(lái)的化學(xué)、熱和機(jī)械作用，從而使介質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)變化，使介質(zhì)的絕緣下降。②過(guò)熱。電纜絕緣內(nèi)部氣隙游離造成局部過(guò)熱，使絕緣炭化。另外，電纜過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生過(guò)熱，安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、穿于干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等，都會(huì)因本身過(guò)熱而使絕緣加速損壞。③機(jī)械損傷。如挖掘等外力造成的損傷。④護(hù)層的腐蝕。因受土壤內(nèi)酸、堿和雜散電流的影響，埋地電纜的鉛或鋁包將遭到腐蝕而損壞。⑤絕緣受潮。中間接頭或終端頭在結(jié)構(gòu)上不密封或安裝質(zhì)量不好而造成絕緣受潮。⑥過(guò)電壓。過(guò)電壓主要指大氣過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓，許多戶(hù)外終端接頭的故障是由大氣過(guò)電壓引起的，電纜本身的缺陷也會(huì)導(dǎo)致在大氣過(guò)電壓的情況下發(fā)生故障。⑦材料缺陷。電纜制造的問(wèn)題，電纜附件制造上的缺陷和對(duì)絕緣材料的維護(hù)管理不善等都可能使電纜發(fā)生故障。⑧設(shè)計(jì)和制作的工藝問(wèn)題。

3、電力電纜故障的分類(lèi)

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(gè)或多個(gè)導(dǎo)體（包括鉛、鋁外皮）斷開(kāi)。通常在電纜至少一個(gè)導(dǎo)體斷路之前，串聯(lián)故障是不容易發(fā)現(xiàn)的。并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對(duì)外皮或?qū)w之間的絕緣下降，不能承受正常運(yùn)行電壓。實(shí)際的故障組合形式是很多的，幾種可能性較大的故障形式是一相對(duì)地、兩相對(duì)地和一相斷線并接地。

電纜故障定義為：無(wú)損壞故障、開(kāi)路故障、短路故障。而電纜故障分為:開(kāi)路故障、低阻故障和高阻故障三種類(lèi)型。下面對(duì)這一分類(lèi)法作一簡(jiǎn)單介紹：①開(kāi)路故障。若電纜相間或相對(duì)地絕緣電阻達(dá)到所要求的規(guī)范值，但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端；或雖終端有電壓，但負(fù)載能力較差。這是開(kāi)路故障的特例。②低阻故障。電纜相間或相對(duì)地絕緣受損，其絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測(cè)量的一類(lèi)故障。③高阻故障。電纜相間或相對(duì)地絕緣損壞，其絕緣電阻較大，不能用低壓脈沖法測(cè)量的一類(lèi)故障，它是相對(duì)于低阻故障而言的。包括泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障二種類(lèi)型。

4、電纜故障測(cè)距方法分析

根據(jù)不同性質(zhì)的故障，電纜故障的測(cè)距采用不同的方法。目前主要有電橋法和根據(jù)行波原理發(fā)展的低壓脈沖反射法、脈沖電壓法、脈沖電流法、二次脈沖法。電橋法測(cè)試電纜受條件限制較多，對(duì)于高阻故障無(wú)法進(jìn)行測(cè)試。隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)上電橋法用得越來(lái)越少。

4.1低壓脈沖反射法。通過(guò)計(jì)量發(fā)射脈沖和故障點(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)間差△t來(lái)測(cè)取故障距離。若設(shè)脈沖電波在電纜中的傳播速度為v，則電纜故障距離S可由下式計(jì)算：S=0.5v△t。低壓脈沖反射法適于測(cè)定電纜的低阻和開(kāi)路故障，也可用于校對(duì)電纜的全長(zhǎng)和顯示電纜中間接頭的位置，還可用于測(cè)定電纜的波傳播速度，測(cè)量準(zhǔn)確率較高，應(yīng)用較廣。

4.2脈沖電壓法。又稱(chēng)閃測(cè)法，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的用于測(cè)量高阻與閃絡(luò)性故障的方法。該方法首先將電纜故障點(diǎn)在直流高壓（直閃法）或沖擊高壓（沖閃法）信號(hào)下?lián)舸缓笥涗浵路烹娒}沖在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返一次所需的時(shí)間，再根據(jù)電波在電纜中的傳播速度，就可算出故障點(diǎn)的距離。該方法測(cè)試速度快，波形清晰易判。但其接線復(fù)雜，高壓過(guò)大時(shí)對(duì)人和儀器有危險(xiǎn)。

4.3脈沖電流法。這是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種測(cè)試方法，以安全、可靠、接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)顯示了強(qiáng)大的生命力。它與脈沖電壓法大致相同，區(qū)別只在于：脈沖電流法是通過(guò)一線性電流藕合器來(lái)測(cè)量電纜故障擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)。脈沖電流法也包括直閃法和沖閃法兩種類(lèi)型。直閃法用于測(cè)量閃絡(luò)性高阻故障；而沖閃法主要用于測(cè)量泄漏性高阻故障，也可測(cè)量閃絡(luò)性高阻故障。直閃法測(cè)量線路中包括：電流耦合器、調(diào)壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、整流硅堆、儲(chǔ)能電容。測(cè)量時(shí)，調(diào)整儀器從0開(kāi)始給電纜加直流電壓，當(dāng)電壓升到一定值時(shí)，故障點(diǎn)閃絡(luò)放電，線性電流耦合器輸出第一個(gè)電流脈沖。放電脈沖到達(dá)故障點(diǎn)后又被反射，折回到儀器端。這一過(guò)程不斷進(jìn)行，直到放電過(guò)程結(jié)束，則故障點(diǎn)到測(cè)量端的距離可由此計(jì)算出來(lái)。沖閃法測(cè)量線路中則有一球間隙，用以改變加到電纜上的沖擊電壓高低和放電間隔時(shí)間。測(cè)量時(shí)從0調(diào)節(jié)T，當(dāng)電壓增加到某一值時(shí)，球間隙G擊穿，使電容對(duì)電纜芯線放電。當(dāng)電壓信號(hào)幅值大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓，則高壓信號(hào)沿電纜行進(jìn)到故障點(diǎn)一定的時(shí)間后，故障點(diǎn)電離，擊穿放電。閃測(cè)儀將記錄到相應(yīng)的波形，則故障點(diǎn)到測(cè)量端的距離可由此計(jì)算出，△t表示相鄰兩個(gè)同極性脈沖（第一個(gè)脈沖除外，因?yàn)楣收宵c(diǎn)擊穿有延時(shí)）的時(shí)間差。

4.4二次脈沖法。20世紀(jì)90年代，國(guó)外發(fā)明二次脈沖法。它先用高壓脈沖將故障點(diǎn)擊穿，在故障點(diǎn)起弧后熄弧前，由測(cè)試儀器向電纜耦合注入一低壓脈沖。此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射，并記憶在儀器中。電弧熄滅后，測(cè)量?jī)x器復(fù)發(fā)一測(cè)量脈沖通過(guò)故障處直達(dá)電纜末端并發(fā)生開(kāi)路反射，比較兩次低壓脈沖波形可非常容易地判斷故障點(diǎn)（擊穿點(diǎn)）位置。二次脈沖法使得電纜高阻故障的測(cè)試變得十分簡(jiǎn)單，是目前電力電纜故障離線測(cè)試最先進(jìn)的基礎(chǔ)測(cè)試方法。

5、電纜故障定點(diǎn)方法分析

目前，常用的電纜精確定點(diǎn)的方法有聲測(cè)法、音頻感應(yīng)法和聲磁同步法。聲測(cè)法主要用于高阻故障的精確定點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，聲測(cè)法常因受到電纜故障點(diǎn)環(huán)境因素的干擾，如振動(dòng)噪聲大，電纜埋設(shè)過(guò)深等，造成定點(diǎn)困難。電阻小于10Ω的低阻故障，傳統(tǒng)的定點(diǎn)方法是音頻感應(yīng)法。音頻感應(yīng)法是通過(guò)人的耳朵對(duì)聲音信號(hào)強(qiáng)弱的分辨來(lái)判斷故障點(diǎn)的位置，對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高。聲磁同步法利用故障點(diǎn)放電同時(shí)產(chǎn)生的電磁波和聲波確定故障點(diǎn)。通過(guò)監(jiān)測(cè)接收到的磁聲信號(hào)的時(shí)間差，可以估計(jì)故障點(diǎn)距離探頭的位置，比較在電纜兩側(cè)接收到脈沖磁場(chǎng)的初始極性，亦可在進(jìn)行故障定點(diǎn)的同時(shí)尋找電纜路徑。

6、結(jié)語(yǔ)

總體而言，電力電纜的故障查找在理論上和工程實(shí)踐方面都還需要我們繼續(xù)深入發(fā)現(xiàn)和解決各項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題，尤其重要的是做到故障的防范措施。要嚴(yán)把試驗(yàn)和驗(yàn)收關(guān)，按相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)新裝電力電纜進(jìn)行試驗(yàn)、驗(yàn)收；加強(qiáng)電力電纜巡視檢查；利用電力電纜在線監(jiān)測(cè)裝置來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中電纜的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)等，力爭(zhēng)將電纜故障的發(fā)生幾率降低至最低限，確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]姬黎波.XLPE電纜外護(hù)套故障定位特例分析[J].廣東電力，2003(5)

[2]楊孝志.電力電纜故障定位技術(shù)與方法[J].電力設(shè)備，2007(8)

[3]黃健華.論述電力電纜常見(jiàn)故障的原因及其預(yù)防對(duì)策[J].廣東科技，2008，(20)