港區(qū)10 kV電力電纜故障分析與排查方法

樂驊

摘 要：文章首先介紹10 kV電力電纜故障產生的原因，排查步驟及常用方法，重點介紹兩種故障測距方法，并結合實例進行說明。

關鍵詞：電力電纜故障；測距波形

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0105-02

近年來，隨著港口建設的突飛猛進，港區(qū)內10 kV配電網(wǎng)絡規(guī)模也日益擴大，供電的可靠性對港口生產起著極為關鍵的作用。10 kV電纜線路作為電網(wǎng)的重要支撐，由于其敷設距離長、工作環(huán)境惡劣、接頭制作工藝要求高等特點，在電網(wǎng)故障中所占比例較大。當故障發(fā)生后，如何在較短時間內判斷、定位，并排除故障，從而減少停電影響，降低停電損失，一直是港區(qū)供配電管理的要點和難點。

1 電纜常見故障原因分析

1.1 機械外力損傷

如：①在電纜運輸或施工準備過程中，直接受外力損傷；②安裝敷設時拉傷、碰傷、過彎半徑不足或電纜外皮被尖銳物劃傷等；③電纜接頭直接承受拉力，長期使用后電纜外護套、絕緣層破損。這類故障具有隱蔽漸進的特點，起初輕微損壞不致影響正常使用，但長時間、大負荷使用后，在幾個月至幾年內，缺陷逐步累積發(fā)展，最終形成故障點。

1.2 電纜線徑選用不當

工作負荷長期超出額定載流量，從而引起過熱。過熱會造成加速老化，絕緣能力下降等現(xiàn)象。此外，密集敷設、通風不良或安裝位置靠近熱力管線也是造成電纜過熱的重要誘因。

1.3 接頭受潮

由于港區(qū)電纜通常采用穿管或電纜溝敷設，管溝內多存積水，加之臨海鹽霧腐蝕，電纜工作環(huán)境差。電纜接頭如不嚴格按規(guī)范制作，如制作時環(huán)境濕度大、熱縮套層數(shù)不足、導線表面未清潔等，均易引起接頭受潮、絕緣能力下降，最終產生故障。此外，成套電纜頭質量不佳，存在細小的孔縫缺陷，也是接頭受潮的重要誘因。

1.4 雷擊或人為操作失誤引起電纜內部過電壓，造成絕

緣層損壞

根據(jù)大量電纜故障案例的統(tǒng)計結果，由于電纜出廠質量引起的故障是比較少見的，絕大多數(shù)問題來自運輸和施工環(huán)節(jié)中的機械外力損傷，其次是電纜接頭防水處理欠周全、電纜頭制作工藝不良及設計裕度不足等原因。

2 10 kV電纜故障排查要點

出于安全考慮，10 kV電纜通常情況下采用暗溝、埋管等保護敷設方式，全線路隱蔽。也正因為如此，一旦產生故障，采用常規(guī)方法很難直接查找準確的故障點位置?？偨Y經(jīng)驗，我們將排查過程大致分為故障診斷、故障測距、精確定位三個步驟，其中重點和難點是測距。一般來說，測距完成后，即可將故障位置縮小在數(shù)米范圍內，再結合定位測量手段即可迅速找到故障點所在準確位置。

2.1 故障診斷

首先應了解電纜的基本情況，如電纜型號、敷設路徑、距離、接頭布置等，在日常工作中，應特別注意事先收集、整理、更新這些信息，這將有助于故障的快速初判，并起到事半功倍的作用。

故障測距工作前，應首先判斷故障類型及嚴重程度。在故障電纜的一側使用萬用表或兆歐表判斷相間、相地絕緣電阻，如測量阻值較高，還應作導體連續(xù)性試驗；從而判斷故障的類型屬于高阻還是低阻；故障的范圍是單相、兩相，還是三相；故障的性質是接地、短路、斷線，或它們的混合。

2.2 故障測距

故障測距可視為位置的粗測，具體方法是在故障電纜的一端使用專用儀器基本判斷故障距離，常見方法有低壓脈沖法、脈沖電流法。

2.2.1 低壓脈沖法

該方法基于電波在傳輸導線中傳輸，遇到線路阻抗不均勻便產生反向的原理，并根據(jù)反射脈沖的極性來判定故障性質。即通常情況下反射脈沖和發(fā)射脈沖極性相同為斷路，極性相反則為短路。同時依據(jù)電波在線路中的傳播速度和往返時間，即可計算出故障點距離。該方法對于各類低阻、接地或斷線故障，可以較方便地判斷出故障距離。如圖1所示，對其測距波形進行了簡單分析。

①正常的反射波形特征：t1測距儀發(fā)射脈沖，t2電纜終端反射脈沖（即電纜全長反射）；t1～t2時間間隔所對應的距離即電纜全長。

②低阻（或短路）故障時波形特征：t1測距儀發(fā)射脈沖，t2低阻（或短路）故障反射脈沖，t3時刻為終端二次反射脈沖；t1～t2時間間隔所對應的距離即故障點距離。

③開路故障時波形特征：t1測距儀發(fā)射脈沖，t2為開路故障反射脈沖，t3為開路故障二次反射脈沖；t1～t2或t2～t3時間間隔所對應的距離即故障點距離。

2.2.2 脈沖電流法

對于高阻故障，由于電纜絕緣性能未完全破壞，低壓脈沖反射波不明顯，甚至無反射。在這種情況下只有利用高壓脈沖擊穿故障點，并記錄故障點擊穿時產生的電流行波信號，根據(jù)電流行波信號在測量端與故障點往返時間及信號傳播速度來估算故障距離。該法又可進一步細分為直流閃絡法和沖擊閃絡法，簡單介紹如下：

①直流閃絡法（簡稱直閃法）常用于測量閃絡性故障，即故障點阻值很高，只有外加電壓達到一定數(shù)值時才產生擊穿的故障。典型的直閃波形如圖2所示，圖中第一個脈沖是從故障點傳來的放電脈沖，第二個脈沖是從故障點返回的反射脈沖。

②當故障點電阻不是很高時，因泄露電流大，試驗電壓小，故障點無法形成有效閃絡，故往往采用沖擊閃絡法（簡稱沖閃法）。該方法與直閃法的原理、波形基本相同，只是應用該法時，需在高壓設備與電纜之間串入球形間隙，用以形成沖擊高壓。

2.3 精確定位

通過粗測可獲知故障點離測量點的距離，但受電纜敷設地形高差、預留等因素影響，儀器測量距離與實際故障位置不可能完全重疊，往往還需進行進一步的定位判斷，以獲得更為精確的位置。最常用的方法有聲測法、感應法。

①聲測法。就是利用沖閃儀等設備，使故障點產生規(guī)律放電，同時伴有特殊的擊穿聲響。在粗判故障點附近，利用聽音器尋找發(fā)聲源，從而精確點位。該方法的特點是對設備要求低，操作簡便，但判斷結果易受管道回聲干擾，操作者經(jīng)驗等因素制約。此外，在故障點埋設較深的情況下，亦適用受限。

②感應法。它的工作原理是利用電信號通過電纜時，附近即會產生感應磁場，使用電磁感應接收器沿線移動，即可感知磁場的變化。在故障點附近時，突變電流會引起電磁信號的突變，產生信號突變的位置便可作為精確定位的依據(jù)。

3 工程實例

線路名稱：寧波港北侖山多用途碼頭預留堆場10 kV施工電線路。

電纜概況：10 kV YJV22 3×50電纜，電纜全長約820 m，無中間接頭。

故障性質：B、C相對地短路，相對地電阻1 ？贅，變電所饋線柜綜保裝置顯示I段過流動作。

故障測距：電纜類型為交聯(lián)聚乙烯電纜，故取V=172 m/μs，使用低壓脈沖法測量同電纜良好芯線得出電纜長度822 m，A相（完好相）與B相波形對比后測得故障點距離變電所內電纜終端410 m，如圖3所示。

初判故障位置在門衛(wèi)附近。

故障定點：采用聲測法，在門衛(wèi)附近電纜井管口處聽到明顯放電回聲，最終確定故障點在該段管道內故障處理及原因分析：抽出管道內電纜發(fā)現(xiàn)，由于地面施工單位不熟悉地下管線情況，該段管線上方新打入接地極一根，正好擊穿保護管并切入電纜引起對地短路，實際故障位置距電纜終端約412 m，與判斷結果吻合。

4 結 語

隨著電力電纜在港口電網(wǎng)中的大規(guī)模應用，如何迅速排除電纜故障，保障用電，是擺在面前的一大課題。在實踐中應不斷總結積累經(jīng)驗，尤其是熟悉波形變化的真正原因，提高對故障的分析判斷能力，最終縮短處理時間，盡快恢復供電，將停電造成的不利影響降至最低。

參考文獻：

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