電力電纜故障測(cè)試技術(shù)研究

摘 要：本文闡述10kV電力電纜故障產(chǎn)生的原因和電力電纜故障的類型以及電力電纜故障測(cè)試技術(shù)，分析不同故障類型所采用的測(cè)試技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電纜故障 故障原因 故障類型 故障測(cè)試技術(shù)

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量日益增加，對(duì)電力的需求量越來越大，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。作為連接各種電氣設(shè)備、傳輸和分配電能的電力電纜，以其安全、維護(hù)工作量少，穩(wěn)定性高，有利于提高電能質(zhì)量及美化城市等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。運(yùn)行電纜數(shù)量的急劇增加，相應(yīng)的電纜故障隨之增多，因此有必要對(duì)電力電纜故障測(cè)試技術(shù)進(jìn)行深入研究。

2 電纜故障產(chǎn)生的原因

電力電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，常見的故障原因如下：

（1）機(jī)械損傷：直接受外力破壞、施工損傷以及自然損傷等。

（2）絕緣受潮：接頭盒或終端盒進(jìn)水、電纜制造不良有小孔或裂縫、金屬護(hù)套被外物刺傷或腐蝕穿孔等。

（3）絕緣老化變質(zhì)：電纜長(zhǎng)期過電壓運(yùn)行、電纜長(zhǎng)期受熱、與周圍環(huán)境的不良化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品質(zhì)量缺陷及制作質(zhì)量缺陷等。

3 電力電纜故障類型分析

按故障性質(zhì)分為：接地故障、短路故障、斷線故障、閃絡(luò)故障和綜合故障。

（1）接地故障：電纜一線芯或數(shù)線芯接地而發(fā)生的故障。

（2）短路故障：電纜線芯之間絕緣完全破損形成短路而發(fā)生的故障。

（3）斷線故障：電纜一線芯或數(shù)線芯斷開而發(fā)生的故障。

（4）閃絡(luò)故障：電纜存在故障，但故障點(diǎn)沒有形成通道，例如擊穿故障、封閉性故障，都屬于閃絡(luò)故障。

（5）綜合故障：同時(shí)具有上述兩種以上的故障稱為綜合故障。

按故障電阻值分為：低阻故障、高阻故障、開路故障。電纜故障點(diǎn)的直流電阻小于電纜特性阻抗稱為低阻故障，反之稱為高阻故障。

4 電力電纜故障的測(cè)試方法

4.1 電纜故障的檢測(cè)步驟

（1）判斷電纜故障性質(zhì)

判斷電纜故障性質(zhì)，一般采用2500V或10kV絕緣電阻搖表和萬用表進(jìn)行測(cè)量，判斷方法如下：

其一，是搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻，當(dāng)R<1OOKΩ時(shí)，該故障類型是低電阻接地故障。

其二，是搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻，當(dāng)R>100KΩ時(shí)，該故障類型是高電阻接地故障。

其三，是搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻，進(jìn)行導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)。當(dāng)絕緣電阻R正常時(shí)，故障原因是導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有斷線，斷線故障。

其四，是搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻，進(jìn)行導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)。當(dāng)絕緣電阻R較高或較低時(shí)，故障原因是導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一芯或幾芯導(dǎo)體不連續(xù)，斷線并接地故障。

其五，是預(yù)防性耐壓試驗(yàn)。當(dāng)閃絡(luò)有時(shí)會(huì)連續(xù)多次發(fā)生，每次間隔幾秒到幾分鐘，故障類型是閃絡(luò)性故障。

（2）粗測(cè)距離

當(dāng)確定了故障電纜的故障性質(zhì)后，根據(jù)故障性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法測(cè)出故障點(diǎn)到測(cè)試端或末端的距離，稱為粗測(cè)距離。故障距離的粗測(cè)方法，包括經(jīng)典法（如電橋法及其變形等）和現(xiàn)代法（脈沖反射法）。

（3）精測(cè)定點(diǎn)

在粗測(cè)出故障距離后，判斷出故障點(diǎn)所處的大概位置，經(jīng)過精測(cè)定點(diǎn)，準(zhǔn)確地定出故障點(diǎn)所在的具體位置。

（4）測(cè)試誤差的消除

在電纜的始端檢測(cè)后，如果條件許可，可將儀器搬到末端再測(cè)一次，取始端測(cè)量值與始端計(jì)算值的平均值（電纜全長(zhǎng)減去末端的測(cè)量值，即為始端的計(jì)算值），從而消除測(cè)試誤差。

4.2測(cè)距的理論方法

（1）電橋法

電橋法適用于檢測(cè)低阻接地、外護(hù)套和短路故障。電橋法的工作原理是將被測(cè)電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相。

（2）低壓脈沖反射法

低壓脈沖反射法適合于檢測(cè)低阻故障、接地故障和開路故障，且能夠測(cè)量電纜的全長(zhǎng)及電波在電纜中的傳播速度。在低阻和接地故障處，因電纜的故障電阻小于電纜特性阻抗，當(dāng)入射脈沖輸入到電纜后在低阻和接地故障點(diǎn)產(chǎn)生反極性脈沖，每一個(gè)反極性脈沖的下降沿就是故障點(diǎn)的反射波形。如果電纜出現(xiàn)開路故障，輸入到電纜的發(fā)射脈沖將產(chǎn)生全反射，在測(cè)試端能夠收到同極性的反射脈沖，并且接收到的同極性的脈沖的上升沿就是故障點(diǎn)產(chǎn)生的反射的波形。

（3）直流高壓閃絡(luò)法

直流高壓閃絡(luò)法主要是應(yīng)用于檢測(cè)高阻閃絡(luò)故障，高壓檢測(cè)設(shè)備若把電壓上升到某確定的值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿。根據(jù)取樣方式的不同，直流高壓閃絡(luò)法分為電壓取樣法和電流取樣法。利用直流高壓閃絡(luò)法得到的波形簡(jiǎn)單易懂，缺點(diǎn)是不能多次重復(fù)使用該方法。在實(shí)際檢測(cè)作業(yè)中要及時(shí)保存直流高壓閃絡(luò)法測(cè)試所得的波形。

（4）沖擊高壓閃絡(luò)法

沖擊高壓閃絡(luò)法主要應(yīng)用于泄漏性高阻故障及閃絡(luò)性高阻故障。沖擊高壓閃絡(luò)法可分為電壓取樣法和電流取樣法，該方法在儲(chǔ)能電容與電纜之間串入一個(gè)球形間隙。當(dāng)電容不斷積累電壓并達(dá)到足夠高時(shí)，球形間隙就被擊穿而導(dǎo)通，此時(shí)電容上的高壓就會(huì)對(duì)電纜放電產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿，得到故障點(diǎn)的波形。

（5）二次脈沖法

二次脈沖法的過程是：對(duì)電力電纜釋放一個(gè)足夠高的高壓脈沖，使電纜的故障點(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿，在故障點(diǎn)的電弧未熄滅時(shí)緊接著觸發(fā)釋放第2個(gè)低壓脈沖，對(duì)于低壓脈沖，故障點(diǎn)就是完全短路的。

檢測(cè)儀器接收到的低壓脈沖反射波形相當(dāng)于故障點(diǎn)接地阻抗為零而得到的波形。如果把釋放高壓脈沖時(shí)得到的低壓脈沖波形與未釋放高壓脈沖時(shí)得到的低壓脈沖波形進(jìn)行相加，兩個(gè)波形會(huì)產(chǎn)生一個(gè)發(fā)散點(diǎn)，發(fā)散點(diǎn)就對(duì)應(yīng)著故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。

（6）三次脈沖法

三次脈沖法的原理如下：不破壞電力電纜故障點(diǎn)，給電纜施加低壓脈沖，得到低壓脈沖的反射波形；在電纜上施加高壓脈沖，電纜故障點(diǎn)被擊穿并且產(chǎn)生電??；當(dāng)檢測(cè)到電弧電壓降到一定值時(shí)，施加中壓脈沖來延長(zhǎng)與穩(wěn)定電弧放電的時(shí)間，再施加低壓脈沖，得到故障點(diǎn)的低壓脈沖反射波形，把未施加高壓脈沖得到的低壓脈沖波形與施加高壓脈沖得到的低壓脈沖波形進(jìn)行疊加，產(chǎn)生發(fā)散點(diǎn)，即故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置。

5電力電纜故障點(diǎn)精確定位

5.1電纜路徑儀的探測(cè)技術(shù)

由于敷設(shè)在地下的電纜與周圍的土壤介質(zhì)在導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、密度或其它理化性質(zhì)上存在著差異，從而能被探測(cè)、識(shí)別和區(qū)分。目前應(yīng)用于電纜探測(cè)的方法有電磁法、直流電法、地震波法、放射性跟蹤法和地質(zhì)雷達(dá)等。

5.2電力電纜故障點(diǎn)精確定位原理

（1）沖擊放電聲測(cè)法

沖擊放電聲測(cè)法的測(cè)量接線。利用直流高壓試驗(yàn)設(shè)備使電容器充電、儲(chǔ)能，當(dāng)電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，經(jīng)過放電間隙向故障相電纜芯放電，在放電時(shí)將產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機(jī)械的音頻振動(dòng)。根據(jù)粗測(cè)時(shí)所確定的故障點(diǎn)大致位置，在地表面用聲波器接收探頭反復(fù)探測(cè)，找到地表面振動(dòng)最大、聲音最大處即為電纜故障點(diǎn)的位置。

（2）音頻法

音頻法主要針對(duì)電纜接地電阻特別低的情況。此方法是測(cè)出電纜接地點(diǎn)大致距離后，將電纜兩端及接地線懸空，在一端對(duì)故障相及電纜地線間加入音頻信號(hào)；根據(jù)粗測(cè)時(shí)所確定的故障點(diǎn)大致位置，用拾音器測(cè)聽電纜，當(dāng)測(cè)試超過故障點(diǎn)時(shí)，音頻信號(hào)衰減很快，此處即為電纜接地故障點(diǎn)。

（3）聲磁同步法

當(dāng)采用沖擊放電時(shí)，在故障點(diǎn)產(chǎn)生放電聲和高頻電磁波向地面?zhèn)鞑ァＴ诘孛嬗寐暣盘筋^可同時(shí)接收聲信號(hào)和磁信號(hào)，電磁波起輔助作用，用來確定所聽到的聲音是否是故障點(diǎn)的放電聲，由于聲波與電磁波的傳播速度不同，在地面每一點(diǎn)可用聲磁同步定點(diǎn)儀測(cè)出聲信號(hào)和磁信號(hào)的時(shí)間差，時(shí)間差最小點(diǎn)即為故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

（4）跨步電壓法

通過向故障相和大地之間加入一個(gè)直流高壓脈沖信號(hào)，在故障點(diǎn)附近用電壓表檢測(cè)放電時(shí)兩點(diǎn)間跨步電壓突變的大小和方向來找到故障點(diǎn)的方法，稱為跨步電壓法。

6結(jié)束語

電力電纜長(zhǎng)期運(yùn)行中受到多種因素影響，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。因此，正確分析電力電纜故障原因，采用行之有效的電纜故障測(cè)試技術(shù)，快速定位故障位置，縮短停電時(shí)間，確保電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于企業(yè)正常生產(chǎn)和人民生活尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉欣.高壓電力電纜故障原因分析和試驗(yàn)方法研究[J].低碳技術(shù)，2016（08）：42-43.

作者簡(jiǎn)介：

方世煙（1985），女，漢族，福建省莆田市，碩士研究生，國(guó)網(wǎng)漳州供電公司，電力系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)。