電力電纜故障診斷技術(shù)

田 宇

(重慶西南鋁機(jī)電設(shè)備工程有限公司，重慶401326)

0 引言

隨著電力、能源行業(yè)的發(fā)展，各種電纜越來越多地運(yùn)用到生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，是電力系統(tǒng)不可缺少的部分。當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，需要準(zhǔn)確地判斷故障類型，并迅速地找出故障點(diǎn)，以便減少資源浪費(fèi)和由停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1 電力電纜故障的主要原因

1)電纜的制造質(zhì)量，包括電纜芯絕緣，護(hù)層絕緣所用的材料及制造工藝。

2)電纜的運(yùn)行環(huán)境，包括負(fù)荷、過電壓、環(huán)境溫度、濕度、酸堿度等問題。

3)外力作用，如開掘、擠壓、彎曲、不符合規(guī)范的敷設(shè)方式等。

2 電力電纜故障性質(zhì)及分類

電纜電纜故障可分為開路故障、低阻故障和高阻故障三種類型。

2.1 開路故障

若電纜相間或?qū)Φ氐慕^緣電阻值達(dá)到所要求的規(guī)范值，但是工作電壓不能傳輸?shù)浇K端，或雖然終端有電壓，但是負(fù)載能力差，這類故障稱為開路故障。若R =R0(R0為被測電纜的電阻計(jì)算值，R 為測量值。)，電纜無開路故障;若R =∞，則電纜開路。

2.2 低阻故障

電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間絕緣電阻低于10ZC(ZC為電纜特性阻抗，一般不超過40Ω)時(shí)，而導(dǎo)體連續(xù)性能良好者稱為低阻故障。

2.3 高阻故障

電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間絕緣電阻低于正常值很多，但高于10ZC，而導(dǎo)體連續(xù)性能良好者稱為高阻故障。

3 電力電纜故障診斷與定位

在進(jìn)行電力電纜故障處理前，首先要對故障的性質(zhì)進(jìn)行判斷，通常是將電纜脫離供電系統(tǒng)，并按以下步驟進(jìn)行測量。

1)用兆歐表測量電纜每芯對地的絕緣電阻，如絕緣電阻為0，可用外用表測量電阻值R，以便確定是低阻還是高阻故障。

2)測量每芯之間的絕緣電阻，確定是否有相間故障。

3)將電纜另一端每芯之間短接，然后測量每兩芯之間電阻，以確定是否有開路故障。

3.1 零電位法

零電位法也就是電位比較法，它適應(yīng)于長度較短的電纜芯線對地故障，其接線如圖1 所示，測量原理如下:將電纜故障芯線與等長的比較導(dǎo)線并聯(lián)，在兩端加電壓E 時(shí)，相當(dāng)于在兩個(gè)并聯(lián)的均勻電阻絲兩端接了電源，此時(shí)，一條電阻絲上的任何一點(diǎn)和另一條電阻絲上的對應(yīng)點(diǎn)之間的電位差必然為零。反之，電位差為零的兩點(diǎn)必然是對應(yīng)點(diǎn)。因?yàn)槲⒎淼呢?fù)極接地，與電纜故障點(diǎn)等電位，所以，當(dāng)微伏表的正極在比較導(dǎo)線上移動(dòng)至指示值為零時(shí)的點(diǎn)與故障點(diǎn)等電位，即故障點(diǎn)的對應(yīng)點(diǎn)。

圖1 單相閘刀開關(guān)示意圖

圖中K 為單相閘刀開關(guān)，E 為6 V 蓄電池或4 節(jié)1 號干電池，mV 為直流微伏表。

3.2 電容電流測定法

電纜在運(yùn)行中，芯線之間、芯線對地都存在電容，該電容是均勻分布的，電容量與電纜長度呈線性比例關(guān)系，電容電流測定法就是根據(jù)這一原理進(jìn)行測定的，對于電纜芯線斷線故障的測定非常準(zhǔn)確。測量電路如圖2 所示，使用設(shè)備為1 ～2 kVA單相調(diào)壓器一臺(tái)，0 ～30 V、0.5 級交流電壓表一只，0 ～100 mA、0.5 級交流毫安表一只。

圖2 電容電流測定原理圖

測量步驟:

1)首先在電纜首端分別測出每相芯線的電容電流(應(yīng)保持施加電壓相等)Ia、Ib、Ic 的數(shù)值。

2)在電纜的末端再測量每相芯線的電容電流Ia'、Ib'、Ic'的數(shù)值，以核對完好芯線與斷線芯線的電容之比，初步可判斷出斷線距離近似點(diǎn)。

3)根據(jù)電容量計(jì)算公式C=1/2πfU 可知，在電壓U、頻率f不變時(shí)C 與I 成正比。因?yàn)楣ゎl電壓的f(頻率)不變，測量時(shí)只要保證施加電壓不變，電容電流之比即為電容量之比。設(shè)電纜全長為L，芯線斷線點(diǎn)距離為X，則Ia/ Ic =L/X，X =(Ic/Ia)L。

測量過程中，只要保證電壓不變，電流表讀數(shù)準(zhǔn)確，電纜總長度測量精確，其測定誤差比較小。

3.3 低壓脈沖探測法

低壓脈沖法可測量電纜中出現(xiàn)的開路故障，相間或者相對地低阻故障。低壓脈沖法的原理是依據(jù)均勻傳輸線中波傳輸與反射的原理，將被測電纜看成是均勻傳輸線，它每一點(diǎn)的阻抗是相等的，當(dāng)從它一端發(fā)射一低壓脈沖時(shí)，電磁波在電纜上傳輸，當(dāng)遇到故障點(diǎn)的波阻發(fā)生了變化時(shí)，電磁波傳輸?shù)皆擖c(diǎn)時(shí)就發(fā)生折發(fā)射現(xiàn)象。

在實(shí)際作業(yè)時(shí)，是由低壓脈沖儀發(fā)射一個(gè)寬度為0.1 ～2 μs，幅度大于120 V 的低壓脈沖，在t0時(shí)刻加到故障電纜一端。此時(shí)脈沖以速度v 向電纜故障點(diǎn)傳播，經(jīng)Δt 后到達(dá)故障點(diǎn)，并產(chǎn)生發(fā)射脈沖，發(fā)射脈沖以同樣的速度v 經(jīng)Δt 與t1時(shí)刻達(dá)到發(fā)射點(diǎn)。若設(shè)故障點(diǎn)到發(fā)射點(diǎn)距離為L，則有如下關(guān)系:

所以需要記錄t0和t1時(shí)刻及速度v，就可以測出故障點(diǎn)的距離。

3.4 電纜故障精確定位技術(shù)

由于電纜線路不可能全部直線敷設(shè)，用電纜故障探測儀僅能對電纜的故障大致位置進(jìn)行初步判斷，而不能準(zhǔn)確的找出故障點(diǎn)?，F(xiàn)在普遍使用的定位儀是將微弱的機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換為電信號，然后將電信號放大，在通過耳機(jī)還原為聲音，然后通過人機(jī)的有機(jī)配合，從而準(zhǔn)確地快速地找出故障點(diǎn)。

4 結(jié)語

電纜故障測試技術(shù)水平的提高，應(yīng)針對不同的故障性質(zhì)采取不同的方法，還要不斷引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，同時(shí)也要在新設(shè)備上摸索經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)新的功能。通過多觀察，多學(xué)習(xí)、多積累經(jīng)驗(yàn)，以期促進(jìn)實(shí)際工作的查尋效率，從而節(jié)省人力物力，縮短處理電纜事故的時(shí)間，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。