基于高壓電纜接地故障的排除分析

魏子舒，杜 群，趙昌鵬，劉海亮

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司電纜運(yùn)檢中心，吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 電纜接地故障的基本概述

電纜是電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中比較常見(jiàn)的設(shè)備之一，其運(yùn)行會(huì)受到各種因素的影響比如鋪設(shè)電纜過(guò)程中的壓力以及拉力等，當(dāng)不良干擾超過(guò)負(fù)荷極值時(shí)，就很容易誘發(fā)接地故障，阻礙電網(wǎng)系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此需要對(duì)接地故障的原因進(jìn)行具體的分析，從而可以保證電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)。

1.1 造成電纜接地故障的原因分析

1.1.1 機(jī)械損傷隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，高壓電纜設(shè)備的應(yīng)用十分的廣泛，但是在應(yīng)用的時(shí)候會(huì)遇到各種因素的影響導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用的效果大打折扣。在高壓電纜的常見(jiàn)性故障之后，最為常見(jiàn)的故障就是電纜設(shè)備的機(jī)械損傷，僅其一項(xiàng)就可以占到故障總數(shù)的半成以上。機(jī)械損傷的致病因素較多，首先就是敷設(shè)工藝不當(dāng)，比如電纜架設(shè)規(guī)劃偏差，數(shù)值計(jì)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致纜線承受過(guò)大拉力，從而產(chǎn)生細(xì)微損傷。其次是運(yùn)行期間損傷，比如鳥獸啃咬、施工干擾等，這些損傷在最初形成的時(shí)候不會(huì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成不良的運(yùn)行，但在日積月累的侵蝕下會(huì)逐步擴(kuò)展，最終形成嚴(yán)重的故障病害。鑒于機(jī)械損傷是長(zhǎng)期作用形成，在日常維護(hù)中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)管，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除風(fēng)險(xiǎn)隱患。

1.1.2 絕緣受潮

絕緣水平是衡量電纜性能的關(guān)鍵指標(biāo)，在眾多制約因素中，環(huán)境對(duì)絕緣水平的作用機(jī)制最為明顯，潮濕條件下的電纜絕緣故障率會(huì)顯著上升。隨著我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的進(jìn)一步完善，我國(guó)電纜設(shè)備在極端條件下施工的情況越來(lái)越復(fù)雜，地下敷設(shè)電纜以及高空架設(shè)電纜的情況也越來(lái)越多，在一定程度上為雨水及地下水侵蝕創(chuàng)造了條件，同時(shí)由于架設(shè)工藝限制，終端接頭存在薄弱部位，水汽很容易沿縫隙進(jìn)入內(nèi)部，侵蝕電纜構(gòu)造，加劇老化速度。當(dāng)電纜長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，絕緣電阻會(huì)進(jìn)一步減小，并間接導(dǎo)致漏電量和熱消耗量的增加，形成惡性循環(huán)導(dǎo)致內(nèi)部的危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，引發(fā)故障危機(jī)。在該故障情景中，同樣要發(fā)揮預(yù)防機(jī)制的作用，一方面要選取優(yōu)質(zhì)、完好的電纜接頭，控制電纜頭制作時(shí)間，避免接頭表面污損導(dǎo)致絕緣水平降低，另一方面也要加強(qiáng)狀態(tài)檢修，重點(diǎn)關(guān)注薄弱部位，對(duì)隱患部位及時(shí)進(jìn)行密閉處理。

1.1.3 絕緣老化

電纜設(shè)備運(yùn)行條件較為惡劣，電能與熱能在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)共同作用于電纜材質(zhì)，電壓沖擊還會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)消耗，最終引發(fā)物理性能的變化，導(dǎo)致電纜自身的絕緣性能的下降。從電網(wǎng)運(yùn)行大環(huán)境來(lái)看，當(dāng)前生產(chǎn)生活對(duì)電力依賴性的增加，是導(dǎo)致絕緣老化加速的關(guān)鍵誘因，這種大規(guī)模的用電需求給電纜長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行埋下了隱患。負(fù)載電流的通過(guò)本身會(huì)促使導(dǎo)體發(fā)熱，而集膚效應(yīng)又會(huì)將其匯聚到介質(zhì)表面，當(dāng)遇到用電高峰區(qū)間或季節(jié)時(shí)，這種異常升溫就會(huì)更加顯著，電纜發(fā)生絕緣老化，甚至被擊穿的現(xiàn)象也就應(yīng)運(yùn)而生。

1.2 故障性質(zhì)分類

通過(guò)對(duì)電纜設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行深入的分析可以發(fā)現(xiàn)，在高壓電力電纜運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題主要包括三個(gè)部分，即高阻故障、低阻故障和開(kāi)路故障燈。開(kāi)路故障指的是高壓電力電纜內(nèi)部一芯或者多芯被斷開(kāi)導(dǎo)致電力運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中出現(xiàn)故障，這種故障常見(jiàn)于電力電纜被不法分子盜取和鋁芯電纜上，在進(jìn)行故障檢測(cè)的時(shí)候可以利用沖閃法進(jìn)行。高阻故障指的是電力電纜一芯或者多芯對(duì)地絕緣電阻小于正常值，但是高于幾百歐姆的故障問(wèn)題。高阻故障和開(kāi)路故障之間最明顯的區(qū)別就是開(kāi)路故障的絕緣對(duì)地電阻值可以高達(dá)千歐，甚至是兆歐。而低阻故障則是電力電纜一芯或者多芯對(duì)地絕緣電阻小于幾百歐姆的故障。

2 高壓電纜接地故障的排除技術(shù)

2.1 低壓脈沖發(fā)射法

低壓脈沖發(fā)射法是一種無(wú)損故障排除法，操作過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致電纜接地異常，對(duì)電纜本身性能的影響也是微乎其微。它利用了低壓電流脈沖寬度較窄的特性，測(cè)試時(shí)專業(yè)儀器會(huì)向目標(biāo)電纜傳送低壓脈沖，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路中存在故障點(diǎn)以及接頭時(shí)，借助反射原理回到儀器接收系統(tǒng)，由于不同部位波形存在差異，反射時(shí)間也存在先后順序，因此可以通過(guò)波形測(cè)量實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)判定。通過(guò)對(duì)上述的情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)這種方法在實(shí)質(zhì)上是一種將電纜中的故障發(fā)給電纜系統(tǒng)從而提升診斷效率。反射波幅值也是該方式中重要的判別依據(jù)，當(dāng)電腦接收到反饋回的脈沖信號(hào)時(shí)，正負(fù)波形基本都可以證明該處存在故障點(diǎn)，但若該波幅值較小，則說(shuō)明故障極有可能出現(xiàn)在中心接頭，低阻異常是其關(guān)鍵特征。高壓電纜接地故障排查實(shí)踐中，低壓脈沖法具有較強(qiáng)的適用性，普及應(yīng)用范圍很廣。除故障檢測(cè)外，該技術(shù)還能適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景，比如電纜長(zhǎng)度測(cè)量、接頭區(qū)分等，波形分析是該技術(shù)的精髓所在，應(yīng)用時(shí)要做好故障匹配和對(duì)應(yīng)。

2.2 電橋法

電橋法是針對(duì)低阻接地故障開(kāi)展檢測(cè)的科學(xué)措施，這種措施可以對(duì)高壓電纜中產(chǎn)生的經(jīng)常遇到的低阻接地故障進(jìn)行檢測(cè)，主要的檢測(cè)原理就是電橋原理，電橋法的診斷方式的重點(diǎn)在于電纜的外表開(kāi)展電阻數(shù)值的調(diào)整，通過(guò)電阻的數(shù)值的變化來(lái)保證電橋的兩端處在一個(gè)相對(duì)均衡的狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算工作。根據(jù)計(jì)算得到的數(shù)值以及以往的規(guī)律判斷出高壓電纜的故障的具體位置。在高壓電纜的接地故障類型中，低阻接地故障是比較常見(jiàn)的問(wèn)題，電橋法解決問(wèn)題具有應(yīng)用快捷以及工作效率比較高的優(yōu)勢(shì)。

2.3 聲波法

聲波法指的是將聲波作為檢測(cè)的介質(zhì)，可以作為高壓電纜的接地故障排除的有效措施，通過(guò)聲波形式分析，不僅可以滿足故障點(diǎn)定位需求，還可以實(shí)現(xiàn)故障類型的判別。聲波法主要借助了高壓脈沖的特性，實(shí)際操作時(shí)需要先將其發(fā)射到目標(biāo)電纜中，當(dāng)脈沖巡回過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí)，會(huì)借助聲波能量擊穿接地點(diǎn)，并爆發(fā)短暫聲響。現(xiàn)場(chǎng)配有收音設(shè)施，通過(guò)重復(fù)放大和分析，就可以達(dá)到故障診斷目標(biāo)，得出相應(yīng)位置。在眾多接地故障檢測(cè)手段中，聲波法具有明顯的精確性優(yōu)勢(shì)，有助于加快故障點(diǎn)定位速度，適用范圍很廣，除高壓電纜接地故障外，在閃絡(luò)型故障排查中也有著較高頻率的應(yīng)用。

2.4 同步法

同步法實(shí)際上是對(duì)聲波及電磁信號(hào)的綜合運(yùn)用，在低阻接地故障等故障類型中，應(yīng)用單一檢測(cè)方式精準(zhǔn)度較難保障，可以嘗試用同步法進(jìn)行識(shí)別和驗(yàn)證。這種方法主要運(yùn)用的設(shè)備是發(fā)射高壓脈沖波儀器，操作時(shí)同樣需要借助該設(shè)備將脈沖發(fā)射至電纜，當(dāng)其遇到故障點(diǎn)時(shí)，會(huì)迅速反射電磁信號(hào)，并且?guī)缀踉诮y(tǒng)一時(shí)刻內(nèi)擊穿接地，為聲波分析提供素材。除高壓脈沖發(fā)射儀外，現(xiàn)場(chǎng)還需要配備高頻拾音器，這是聲波信號(hào)收集的關(guān)鍵所在，要根據(jù)實(shí)際需求提前做好選型工作，進(jìn)場(chǎng)前對(duì)設(shè)備外觀、外接線進(jìn)行細(xì)致查驗(yàn)，確認(rèn)無(wú)誤后再行驗(yàn)收，檢測(cè)開(kāi)始前也要按照說(shuō)明書進(jìn)行檢驗(yàn)以及調(diào)試，在確保參數(shù)設(shè)置最佳的基礎(chǔ)上開(kāi)機(jī)作業(yè)，以保證設(shè)備可以穩(wěn)定地運(yùn)行。這種綜合檢測(cè)方案提升了兩種技術(shù)的結(jié)合度，二者互為補(bǔ)充，互為驗(yàn)證，檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度更有保障。

2.5 電纜燒穿法

電纜燒穿法在高阻故障中應(yīng)用較多，實(shí)踐中專業(yè)設(shè)備面向目標(biāo)電纜輸送直流負(fù)高壓，作用于故障位置生成電弧，并使其絕緣介質(zhì)發(fā)生碳化，借助碳化點(diǎn)低電阻的特性，就可以采用常規(guī)方式進(jìn)行故障點(diǎn)定位了。電纜燒穿法對(duì)技術(shù)要求較高，操作不當(dāng)很容易造成金屬性短路，反而阻礙故障點(diǎn)排查工作，整個(gè)燒穿過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)人力物力需求較高，并且，當(dāng)故障排查完成后，電阻恢復(fù)又會(huì)形成新的難題，使用步驟較為繁瑣，因此一般不推薦，只有當(dāng)聲波法或同步法無(wú)法完成擊穿目的時(shí)，才會(huì)考慮這一方式。不過(guò)，電纜燒穿法在觀測(cè)電壓泄露等方面還是有特殊作用的，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)變化情況的分析，可以間接掌握高壓電纜運(yùn)行狀態(tài)，為接地故障預(yù)防提供依據(jù)和導(dǎo)向。因此在接地故障較為復(fù)雜、解決難度較高的場(chǎng)景中，也可以考慮使用電纜燒穿法，從而保證電纜設(shè)備的有效的應(yīng)用，降低高壓電纜接地故障發(fā)生概率，為電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收奠定良好基礎(chǔ)，同時(shí)也保障社會(huì)效益的實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力供能貫穿了我國(guó)國(guó)家建設(shè)、時(shí)代變遷的全過(guò)程，在現(xiàn)代化建設(shè)中占據(jù)著基礎(chǔ)保障的地位。電纜設(shè)備是國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中比較常見(jiàn)設(shè)備，但是在電纜運(yùn)行的時(shí)候由于各種因素的影響會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)接地故障，因此相關(guān)部門需要對(duì)出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行深入的分析并且提出相應(yīng)的解決措施，推進(jìn)整個(gè)電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。