高壓電力電纜故障分析及診斷處理

呂利 羅文

（江西儀能新能源微電網(wǎng)協(xié)同創(chuàng)新有限公司 江西省吉安市 343199）

近年來，隨著國內(nèi)各地區(qū)用電量的日漸攀升，高壓電力電纜在整體電力系統(tǒng)中的占比也隨之增大，這主要是因?yàn)楦邏弘娏﹄娎|具有送電穩(wěn)定、占地面積小等特征，維護(hù)方便等優(yōu)勢。同時，我們還應(yīng)當(dāng)清醒地意識到高壓電力電纜在運(yùn)行實(shí)踐中，通常會受到其他多種因素的影響而出現(xiàn)故障問題，如果發(fā)現(xiàn)或處理不及時、不到位，則會直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為此需加強(qiáng)重視。

1 高壓電力電纜故障類型分析

對于高壓電力電纜而言，其故障類型主要有兩種，一是串聯(lián)，二是并聯(lián)。其中，串聯(lián)故障主要是指電纜導(dǎo)體（其中包括鉛或鋁外皮）出現(xiàn)斷裂問題。一般而言，電力電纜導(dǎo)體發(fā)生斷路問題之前，不易發(fā)現(xiàn)串聯(lián)故障問題。對于并聯(lián)故障而言，其主要是指導(dǎo)體之間或者對外皮的絕緣性能減弱，無法安全承受電壓。實(shí)踐中存在的故障型式組合類型較多，比如導(dǎo)體斷路，因故障電流過大而將電纜燒斷，此種類型的故障通常會出現(xiàn)并聯(lián)接地、降低相間絕緣等現(xiàn)象。

基于故障電阻以及擊穿間隙視角分析，高壓電力電纜故障主要有開路、低阻以及高阻和閃絡(luò)性故障。其中，高阻故障問題發(fā)生時，故障點(diǎn)的Rf較小，以致于故障點(diǎn)兩端位置所加電壓難以超過故障點(diǎn)位置的擊穿電壓，故障點(diǎn)也就無法擊穿。從這一層面來講，在對高壓電力電纜絕緣試驗(yàn)過程中，通過有無故障點(diǎn)擊穿來判斷電力電纜是高阻故障還是閃絡(luò)性故障。高阻故障、閃絡(luò)性故障二者之間的區(qū)分并非絕對的，很大程度上取決于高壓電氣設(shè)備容量、內(nèi)阻等。此外，實(shí)踐中還存在著的封閉性故障問題，其多發(fā)生于高壓電力電纜接頭、終端頭內(nèi)，尤其是多發(fā)于浸油電纜頭內(nèi)。此類型的故障問題發(fā)生時，某試驗(yàn)電壓下可能會出現(xiàn)絕緣擊穿，絕緣恢復(fù)之前擊穿現(xiàn)象不會完全消失；此種故障無法再現(xiàn)，所以診斷難度相對較大。

2 高壓電纜故障問題分析

在高壓電纜長期的運(yùn)行過程中，受諸多因素影響，導(dǎo)致其容易引發(fā)故障問題，比如電纜質(zhì)量瑕疵、超負(fù)荷運(yùn)行以及施工中的故障和各種機(jī)械設(shè)備損傷等，具體分析如下。

2.1 電纜質(zhì)量瑕疵

對于高壓電力電纜而言，如果其自身存在質(zhì)量問題或者瑕疵，很容易引發(fā)故障問題。具體而言，高壓電力電纜長期暴露在自然環(huán)境條件下，電纜容易受潮，影響其絕緣性能，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)舸┦鹿?。因電纜質(zhì)量問題而引發(fā)故障，對設(shè)備以及人身安全都會產(chǎn)生威脅。

2.2 超負(fù)荷運(yùn)行

用電量不斷增加的情況下，高壓電力電纜難免長期超負(fù)荷運(yùn)行，由于長期暴露在室外，特別是夏季高溫環(huán)境條件下超負(fù)荷運(yùn)行，電纜就會產(chǎn)生大量的熱，加速老化、絕緣性能降低，不僅影響其服役期限，而且容易發(fā)生擊穿事故，存在較大的安全隱患。值得一提的是，若運(yùn)行環(huán)境條件非常的惡劣，而且有腐蝕性的氣體或者高溫?zé)嵩?，則會影響電纜保護(hù)層的性能，大幅度提升隱患發(fā)生概率。

2.3 施工性故障

在高壓電力電纜施工安裝過程中，違規(guī)操作現(xiàn)象屢見不鮮，施工操作不當(dāng)會導(dǎo)致電纜表面出現(xiàn)破損問題，同時還會出現(xiàn)接頭連接不緊密、導(dǎo)體連接管接觸不良等一系列問題。上述問題一旦發(fā)生，就會直接影響電纜絕緣性能，進(jìn)而導(dǎo)致電纜進(jìn)水，嚴(yán)重影響其穩(wěn)定運(yùn)行，甚至發(fā)生事故。

2.4 機(jī)械性損傷

在高壓電力電纜施工安裝以及運(yùn)輸過程中，電纜設(shè)備容易受到機(jī)械性傷害，以致于電纜接頭以及導(dǎo)體絕緣嚴(yán)重受損。據(jù)調(diào)查顯示，機(jī)械性損傷造成的電纜事故，約占高壓電力電纜事故總量的半數(shù)以上。

3 高壓電力電纜故障診斷方法

針對上述故障類型以及問題，目前常用的高壓電力電纜故障診斷方法如下：

3.1 測聲法

該種故障診斷方法的運(yùn)用原理是基于電火花放電產(chǎn)生的聲音來查找故障位置，此間會運(yùn)用大量的專業(yè)設(shè)備。在電路中安裝高壓電容器，運(yùn)行時對電容充電，達(dá)到一定程度時電纜絕緣層故障點(diǎn)會放電，并伴隨著放電聲音出現(xiàn)。就明敷設(shè)的電纜而言，可直接定位故障點(diǎn)；就暗敷設(shè)電纜而言，需借助拾聲器等設(shè)備進(jìn)行檢測。在此過程中，探測人員應(yīng)當(dāng)先確定電纜走向，按照方向確定聲音大??；當(dāng)某點(diǎn)聲音最大時，可確定電纜故障。該種方法針對地面電纜故障問題進(jìn)行診斷，部分電纜埋于地下，隱蔽性非常的強(qiáng)，一旦發(fā)生電纜故障，首先應(yīng)當(dāng)明定故障方向，再利用測聲設(shè)備緊貼于地面之上，一直向前進(jìn)行探測，直到設(shè)備發(fā)出“滋滋”聲響，基本可以判定此處為電纜故障點(diǎn)。需要強(qiáng)調(diào)的是，該種故障診斷方法運(yùn)用時，操作人員一定要注意安全，加強(qiáng)音頻設(shè)備的運(yùn)用以及電力電纜監(jiān)測，以免發(fā)生意外。

3.2 離線測距法

（1）阻抗法。該種方法主要是指在測量端選定以后，通過測量以及計(jì)算測量端至故障點(diǎn)阻抗，結(jié)合線路參數(shù)將故障點(diǎn)方程列出來，然后對其求解并確定故障距離。對于該種測量方法而已，通常建立線路參數(shù)模型，原理簡單，容易操作。該種方法通常結(jié)合經(jīng)典電橋法使用，其精度非常的高，但適用范圍相對較小。

（2）行波法。該種檢測方法主要是通過行波傳播時間的測量來確定故障點(diǎn)。一般而言，其包括脈沖電壓法、低壓脈沖反射法以及脈沖電流法和二次脈沖法。對于低壓脈沖反射法而言，其非常的直觀，不依賴于其他的電纜資料，缺點(diǎn)是無法測量高阻或閃絡(luò)故障。對于脈沖電壓法而言，其具有故障測試快等優(yōu)點(diǎn)，其對儀器設(shè)備、操作人員更加安全，而且信號更容易辨識。實(shí)踐證明，二次脈沖法運(yùn)用條件下測量精度非常的高，但是儀器設(shè)備較為復(fù)雜，故障測試用時相對較長，難以有效控制二次脈沖。

3.3 電橋檢測法

該種故障檢測方法的運(yùn)用原理是通過直流電流測量高壓電力線纜電阻，然后根據(jù)線纜電阻比值地故障位置進(jìn)行確定。從實(shí)踐來看，該種方法的運(yùn)用精度非常的高，主要檢測故障為電纜間短接。這種檢測方法的運(yùn)用對短接處有阻值要求，在1Ω范圍內(nèi)時檢測精度會提升。實(shí)際測量時，一旦發(fā)現(xiàn)觸點(diǎn)電阻超過1Ω，則可運(yùn)用大電流將該處擊穿。測量時，假設(shè)有電纜AA’與BB’，先對AB之間電阻進(jìn)行測量，總電阻為短接位置電阻與測量電力電纜電阻；進(jìn)而對A’B’間電阻進(jìn)行測量，獲取電阻值為短接處短路與線纜電阻；將A’與B’處短接，對AB間電阻進(jìn)行測量。不同測量狀態(tài)和條件下，電阻計(jì)算公式有所區(qū)別，聯(lián)立電阻計(jì)算公式，可確定故障位置在電纜上的長度，進(jìn)而最終確定故障點(diǎn)。

3.4 電容電流測量法

在高壓電力電纜運(yùn)行中，不同相芯線間均由電容存在，而且電容均勻分布。電容電流測量法，即按照此種現(xiàn)象確定故障點(diǎn)位置。在測定過程中，故障電纜起始位置施加一穩(wěn)定電壓，每段線纜測得電流電容后均進(jìn)行標(biāo)示，如I1、I2以及I3等，確保電壓穩(wěn)定后，在電纜末端位置繼續(xù)測量電容電流，并標(biāo)示電流電容。一旦發(fā)現(xiàn)整個電力系統(tǒng)中可產(chǎn)生變化時，通過求得的電流電容比值，可初步判定電纜故障點(diǎn)所在的區(qū)域。根據(jù)電容公式，確定線纜電容、電流成正比，電壓不變的情況下，電流與電纜長度之間成反比關(guān)系。在確定故障點(diǎn)時，可通過比值來判定具體故障位置，從而對故障點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。在此過程中需注意，電壓一定要保持穩(wěn)定，精確讀取電流表示數(shù)。

3.5 零電位測量法

對于零電位測量法而言，其主要運(yùn)用對象為長度相對較小的對地短路電纜，再利用一段完好無缺的對比線纜，將兩條線纜并聯(lián)在一起，并且在線纜中布設(shè)電源，從而形成兩條并聯(lián)電阻絲。兩條線纜對應(yīng)點(diǎn)間電位為零，通過實(shí)驗(yàn)電纜、地面之間電位的測量，即可確定待測高壓電力電纜故障點(diǎn)。在實(shí)際操作過程中，需注意微伏表一點(diǎn)接地，而另一端在實(shí)驗(yàn)電力電纜上移動；操作人員需認(rèn)真觀察電表示數(shù)，非故障區(qū)電表移動時示數(shù)一直為零。探測故障點(diǎn)以后，電表示數(shù)變化，此時待測電纜點(diǎn)即為故障點(diǎn)。在利用該種測量方法時，一定要確保兩條線纜參數(shù)基本一致，實(shí)驗(yàn)電纜確定為裸銅線，利用蓄電池或者干電池，試驗(yàn)電壓以6V為宜，測量電表線纜與實(shí)驗(yàn)電纜之間應(yīng)當(dāng)完全接觸，這關(guān)系著故障測量精確度。

4 高壓電力電纜故障處理建議

通過對當(dāng)前高壓電力電纜故障問題、診斷方式方法分析，筆者認(rèn)為要求有效排除壓電力電纜故障，既要重視高壓電力電纜運(yùn)行中的信息資料管理，對技術(shù)人員、管理人員等加強(qiáng)專業(yè)技能培訓(xùn)，提高他們的綜合素質(zhì)，又要強(qiáng)化高壓電力電纜工程的施工管理以及環(huán)境區(qū)域的安全管控，加強(qiáng)電力領(lǐng)域安全生產(chǎn)管理創(chuàng)新。具體分析如下：

（1）在高壓電力電纜系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注電纜運(yùn)行資料的全面管理。在高壓電力電纜安全資料管控過程中，我們應(yīng)當(dāng)做到認(rèn)真、細(xì)致，這關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠性。特別是直埋電纜的施工安裝走向應(yīng)當(dāng)予以說明，對電纜工程施工要求，電纜線路長度尺寸等，均需與原始資料對比、查驗(yàn)，所以加強(qiáng)原始電纜信息資料的管控非常重要，一旦出現(xiàn)質(zhì)量瑕疵，很容易引發(fā)故障問題。

（2）為了能夠有效控制電纜故障，最關(guān)鍵的是要加強(qiáng)人員管理，即對高壓電力電纜運(yùn)行中的相關(guān)人員加強(qiáng)專業(yè)技能培訓(xùn)。在電纜運(yùn)行中，為了能夠有效加強(qiáng)安全管理，減少或者避免故障發(fā)生，要求相關(guān)技術(shù)人員以及管理人員必須全員參與培訓(xùn)，以此來提升他們的技能水平和業(yè)務(wù)素養(yǎng)，同時這也是保障高壓電力電纜系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

（3）加強(qiáng)高壓電力電纜施工過程管理，全面推進(jìn)電力領(lǐng)域生產(chǎn)改革及其創(chuàng)新發(fā)展。在高壓電力電纜工程施工中，一定要對現(xiàn)場施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，這關(guān)系著整個高壓電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全穩(wěn)定性。比如，在搭設(shè)橋架過程中，應(yīng)當(dāng)做出明確的標(biāo)示，在電纜施工時應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的按照規(guī)范和要求進(jìn)行施工操作。同時，還應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化高壓電力電纜施工區(qū)域內(nèi)的環(huán)境安全因素管控，強(qiáng)化原始材料質(zhì)量以及電纜運(yùn)行中的監(jiān)控，做好外力對高壓電力電纜設(shè)備破壞的防護(hù)工作。在高壓電力工程建設(shè)過程中，為了有效保障電纜系統(tǒng)運(yùn)行的安全高效性，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改革創(chuàng)新，從技術(shù)、體制等方面進(jìn)行改進(jìn)。一方面，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，另一方面引入和應(yīng)用國外先進(jìn)的故障檢測技術(shù)和手段，以此來不斷提升國內(nèi)電力行業(yè)的發(fā)展水平。

5 結(jié)束語

綜上所述，電纜故障問題的查找并非易事，無論是理論還是工程實(shí)踐層面，均需繼續(xù)深入研究和解決技術(shù)難題，加強(qiáng)故障檢測與綜合防范。一方面，要嚴(yán)把試驗(yàn)以及驗(yàn)收關(guān)，基于技術(shù)指標(biāo)的要求對新裝電纜設(shè)施進(jìn)行試驗(yàn)與驗(yàn)收；另一方面，要加強(qiáng)電纜巡查，利用在線監(jiān)測軟件等實(shí)時監(jiān)測電纜運(yùn)行狀態(tài)，最大限度降低電纜故障率，從而確保整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。電纜屬于電力系統(tǒng)中的組成部分，基于電纜運(yùn)行環(huán)境條件分析，其難免會發(fā)生故障問題，因此一定要加強(qiáng)思想重視，合理選擇故障診斷方法，快速定位故障點(diǎn)，及時進(jìn)行診斷處理，為高壓電力電纜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。