電力電纜故障分析與診斷技術(shù)的研究

李世潔 王漢 北京房供電力工程有限責(zé)任公司

早期城市配電網(wǎng)絡(luò)以架空線路為主，不僅影響城市美觀，同時(shí)還存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著電力工程技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，當(dāng)前電力電纜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)地下敷設(shè)。這種電力電敷設(shè)方式不僅對于城市環(huán)境影響下，自身也能避免自然因素的干擾，提高了供電的可靠性。而且埋入地下的電纜管道占地少，同一管道可以完成多條線路的敷設(shè)。但是，電力電纜地下敷設(shè)也存在明顯的缺點(diǎn)。在電力電纜發(fā)生故障需要維修時(shí)，難度更大。傳統(tǒng)架空線路能夠直觀的找到故障問題，而埋于地下的電力電纜只能通過檢測技術(shù)加以診斷。

一、電力電纜故障類型分析

隨著電力工程技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，電力電纜結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜精密，電纜由芯線、絕緣層、半導(dǎo)體層、屏蔽層、保護(hù)層組成，任何一個(gè)部分出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致故障。因此，電力電纜發(fā)生故障的類型較多。主要有以下幾種分類方式：按照結(jié)構(gòu)材料分為導(dǎo)體故障與絕緣故障、斷線故障與似斷非斷故障；按照電力電結(jié)構(gòu)可以分為單相接地故障、相見故障、混合性故障等；按照故障原因可以分為運(yùn)行故障、外力破壞故障[1]?？傊?，電力電纜故障類型較多，可以按照不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸類分析，從而為故障的排除提供參考。

二、電力電纜產(chǎn)生故障的原因

（一）機(jī)械損傷

在電力電纜故障中，機(jī)械性損傷造成的故障非常多，幾乎可以達(dá)到總故障率的60%。機(jī)械損傷故障也是電纜故障中最容易判斷和識別的，機(jī)械性損傷主要分為外力作用、敷設(shè)過程損傷和自然損壞三種。外力作用主要包括在進(jìn)行地表工程活動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電纜破壞，包括機(jī)械開發(fā)導(dǎo)致電纜斷裂等[2]。敷設(shè)過程損傷是由于電纜運(yùn)輸不當(dāng)或者過度彎折導(dǎo)致的損傷。自然情況則包括地震、冰凍等因素。

（二）絕緣問題

絕緣受潮會導(dǎo)致電力電纜的絕緣能力降低，在線路運(yùn)行過程中由于絕緣不足導(dǎo)致線路損壞。通常情況下，導(dǎo)致電纜受潮的因素多為安裝盒或者終端盒質(zhì)量不合格，造成受潮故障。

（三）過電壓

過電壓多指電纜絕緣結(jié)構(gòu)擊穿故障。通常表現(xiàn)為自然雷擊的強(qiáng)電壓與電纜內(nèi)部電壓發(fā)生擊穿，使線路出現(xiàn)故障。

（四）電纜過熱

過熱也會造成電纜發(fā)生故障。通常情況下，過熱的原因有很多種。其一，電纜內(nèi)部絕緣材質(zhì)質(zhì)量不足，或者出現(xiàn)氣隙，導(dǎo)致局部過熱，絕緣結(jié)構(gòu)損壞。其二，線路長期處于高負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，導(dǎo)致線路過熱老化。其三，外部溫度升高，造成線路熱量無法正常散出，造成線路故障。

（五）腐蝕情況

腐蝕情況在電力線纜中主要表現(xiàn)為兩種：第一種是電腐蝕。由于電力線路敷設(shè)環(huán)境存在極大的電場，導(dǎo)致電纜外部保護(hù)套發(fā)生腐蝕和擊穿，潮氣和水分進(jìn)入到電纜內(nèi)部，從而造成電纜故障。第二種是化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕主要是由于化學(xué)藥劑進(jìn)入到電纜管道中，對管道中的電纜線路造成了破壞，這種情況多為化學(xué)藥劑泄漏等原因引起[3]。

三、電力電纜故障檢測技術(shù)與診斷工藝

（一）電力電纜故障檢測技術(shù)

1.電橋檢測

電橋法的檢測原理是通過雙臂電橋測量芯線的電流阻值，然后測量出電纜的長度，根據(jù)阻值和長度之間的比例關(guān)系，計(jì)算出電纜故障發(fā)生位置。在檢測中，利用電橋診斷短路點(diǎn)接觸，或者小于1Ω 線芯故障點(diǎn)接觸，故障檢測的誤差通常在2m 以下。為了提高檢測的精確性，需要盡可能縮短電橋連接線，提高電橋連接線的直徑，檢測時(shí)采取焊接或者壓接與被檢測電纜連接。在計(jì)算故障位置時(shí)，需要保留所有小數(shù)，以提高檢測的精準(zhǔn)性。

2.聲音檢測

通常情況下，電纜在發(fā)生故障時(shí)，由于線路中存在較大的電壓，會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，從而發(fā)出聲音，通過對聲音的測量能夠找到故障點(diǎn)。這種方法適宜應(yīng)用在高壓電纜線芯與絕緣層之間的閃絡(luò)故障。在檢測過程中，還需要使用直流耐壓試驗(yàn)機(jī)。當(dāng)電容器被充到固定的電壓值時(shí)，電纜的故障點(diǎn)就會發(fā)生放電，此時(shí)故障位置會發(fā)出電流的滋滋聲[4]。通過聲音收集設(shè)備能夠找到故障點(diǎn)，進(jìn)行故障的維修工作。

3.零電位檢測

零電位檢測方法是電力電纜故障檢測中最為直接的一種，不需要精密儀器的配合，非常適宜應(yīng)用在較短線路線芯故障中。在使用零電位檢測時(shí)，需要把故障電纜的芯線連接到預(yù)制長度相同的導(dǎo)線上，然后將相同電壓施加在兩段，此時(shí)兩條線路上任意完好對應(yīng)位置的電位差為零，利用微伏表進(jìn)行電位差的測量，根據(jù)指針擺動(dòng)的情況，確定故障點(diǎn)的位置。

4.電容電流檢測

電容電流檢測的原理是：在電纜正常運(yùn)行中，芯線之間、芯線與大地之間都存在均勻的電。電容量相同的電纜長度具有一定的比例關(guān)系。這種檢測方法適宜應(yīng)用在芯線斷線故障中，在測定故障時(shí)需要對斷線和檢測線的電容進(jìn)行測定，然后利用故障線路與檢測線之間的電容關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，找到故障點(diǎn)。

（二）電力電纜故障診斷工藝

1.故障性質(zhì)確定

電力電纜故障診斷操作需要慎重，線路檢測準(zhǔn)確度直接關(guān)系到線路故障的排除效率。為了高效精準(zhǔn)的找到線路的故障點(diǎn)，需要在檢測前確定電力電纜的故障性質(zhì)。不同的故障性質(zhì)會表現(xiàn)出不同的特征。如果故障性質(zhì)沒有確定就進(jìn)行檢測，不僅檢測效率不高，還會造成儀器的損壞。在故障確定時(shí)，可以根據(jù)故障線路的組織、閃絡(luò)性、接地、短路、斷路等特征確定故障的類型，從而找到故障檢測最佳方式[5]。

2.故障粗測

由于電力電纜通常為長線路，故障發(fā)生位置具有一定的隨機(jī)性，為了提高檢測的效率，首先可以進(jìn)行粗測。粗測就是通過初步測量，將故障點(diǎn)劃定在一個(gè)范圍內(nèi)，從而縮小檢測的范圍。通常情況下，經(jīng)驗(yàn)豐富的故障檢測人員能夠根據(jù)粗測的數(shù)據(jù)和線路故障類型，初步判斷出故障發(fā)生的大概位置，然后在進(jìn)行更加精確的故障測量。

3.故障路徑測尋

在初步確定故障點(diǎn)具有測量地點(diǎn)的距離后，就可以確定故障點(diǎn)發(fā)生在測量位置到最大距離之間的區(qū)域，這一區(qū)域的任意一點(diǎn)都可能是故障點(diǎn)，所以需要確定故障點(diǎn)的走向。常規(guī)的故障點(diǎn)路徑確定可以向線路施加一個(gè)音頻信號，從而根據(jù)故障線路的反應(yīng)來確定路徑，在不良環(huán)境條件下，也可以利用脈沖信號或者工頻感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)故障路徑的確定[6]。

4.精確定位

通過粗測找到電力電纜的故障距離，利用路徑的測尋找到路徑方向。然后就可以通過精確測量來確定故障點(diǎn)。通常情況下，故障點(diǎn)的定位會存在一定的誤差，但是誤差距離通常不會太大。故障點(diǎn)定位越準(zhǔn)確，故障的維修排除效率越高，維修成本也就越低，所以在測量時(shí)需要精確計(jì)算和控制?？梢岳寐暅y、感應(yīng)、跨步電壓等方法，進(jìn)行故障定位。

四、電力電纜故障預(yù)防措施

電力電纜故障是城市供配電系統(tǒng)常見問題，故障發(fā)生不僅會影響城市正常供電，同時(shí)還可能產(chǎn)生用電安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要采取相應(yīng)措施對線路故障加以預(yù)防。首先，故障的發(fā)生呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，一些區(qū)域是風(fēng)險(xiǎn)的高發(fā)區(qū)，因此需要加強(qiáng)對電纜的維護(hù)與管理，主要為一些自然條件惡劣或者地表施工區(qū)域。其次，避免電路超負(fù)荷工作情況，提高電纜壽命。最后，提高電纜施工工藝，避免在敷設(shè)過程中造成機(jī)械損傷，導(dǎo)致使用過程中發(fā)生故障。

五、結(jié)語

綜上所述，電力電纜故障類型較多，不通過形式的故障需要采用相應(yīng)的檢測方法，才能夠?qū)ΠY下藥，準(zhǔn)確找到故障位置，完成故障的排除工作。所以，在進(jìn)行檢測診斷時(shí)，需要分析故障類型，然后選擇效率最高、定位最準(zhǔn)的方式，降低誤差，使城市電力電纜故障能夠以最快的速度排除。