110kV及以下電纜的故障診斷技術(shù)及理論分析

李功靈 薛曉東 李建利

（河南省機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司）

0 引言

在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中110kV及以下電纜故障診斷工作發(fā)揮著重要的作用，產(chǎn)生110kV及以下電纜故障，主要是因?yàn)樯a(chǎn)工藝和施工質(zhì)量等方面的不足，通常是在電纜接頭和終端連接薄弱部位產(chǎn)生故障。為了提高110kV及以下電纜運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要落實(shí)耐壓試驗(yàn)。但是耐壓試驗(yàn)具有破壞性，不僅會(huì)破壞電纜絕緣性，同時(shí)會(huì)減少電纜使用壽命，此外試驗(yàn)環(huán)境和檢測(cè)人員的技術(shù)水平等也會(huì)產(chǎn)生影響，不利于檢測(cè)缺陷電纜。為了落實(shí)故障診斷工作，電力企業(yè)需要合理選擇診斷技術(shù)，保障110kV及以下電纜故障診斷的安全性和有效性，延長(zhǎng)110kV及以下電纜使用壽命。

1 110kV及以下電纜故障類型

110kV及以下電纜故障類型主要包括串聯(lián)和并聯(lián)兩種類型。串聯(lián)故障指的是電纜導(dǎo)體產(chǎn)生斷裂問(wèn)題。電纜發(fā)生斷路之前不容易產(chǎn)生串聯(lián)故障。并聯(lián)故障指的是減少導(dǎo)體之間的絕緣性，導(dǎo)致電纜無(wú)法承擔(dān)電壓。在實(shí)際工作中涉及到較多種類的故障類型，例如發(fā)生導(dǎo)體斷路故障，故障電流比較大將會(huì)燒斷電纜，出現(xiàn)這類故障通常會(huì)并聯(lián)接地，同時(shí)會(huì)降低相間絕緣性[1]。

通過(guò)分析故障電阻和擊穿間隙，110kV及以下電纜故障主要包括開路和低阻以及高阻、閃絡(luò)性故障。發(fā)生高阻故障問(wèn)題之后，無(wú)法擊穿故障點(diǎn)。在試驗(yàn)110kV及以下電纜絕緣性的過(guò)程中，需要通過(guò)無(wú)故障點(diǎn)擊穿判斷故障類型。高壓電氣設(shè)備容量和內(nèi)阻等決定著高阻故障和閃絡(luò)性故障的差異性。在實(shí)際工作中還面臨封閉性故障，并且通常是在高壓電力電纜接頭和終端頭產(chǎn)生這類問(wèn)題。發(fā)生這類故障問(wèn)題之后可能會(huì)產(chǎn)生絕緣擊穿的情況，恢復(fù)絕緣之前無(wú)法完全消除擊穿現(xiàn)象。此外無(wú)法再現(xiàn)這種故障，因此提高了診斷難度。

2 110kV及以下電纜故障問(wèn)題分析

（1）電纜質(zhì)量瑕疵

如果110kV及以下電纜自身存在瑕疵和問(wèn)題，將會(huì)引發(fā)故障問(wèn)題。因?yàn)?10kV及以下電纜直接暴露在外界，很容易產(chǎn)生電纜受潮問(wèn)題，將會(huì)影響到110kV及以下電纜的絕緣性，同時(shí)會(huì)引發(fā)擊穿事故。因?yàn)殡娎|質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)故障，將會(huì)直接威脅到設(shè)備和人員的安全性[2]。

（2）超負(fù)荷運(yùn)行

不斷增加用電量之后，110kV及以下電纜將會(huì)呈現(xiàn)出超負(fù)荷運(yùn)行，再加上電纜超期暴露在外，在夏季高溫環(huán)境中將會(huì)散熱較多的熱量，加快老化110kV及以下電纜，降低電纜的絕緣性，不僅會(huì)減少電纜使用壽命，同時(shí)會(huì)引發(fā)擊穿事故。因?yàn)?10kV及以下電纜運(yùn)行條件比較惡劣，腐蝕性氣體和高溫?zé)嵩磳?huì)破壞電纜保護(hù)層，提高安全隱患問(wèn)題發(fā)生率。

（3）施工性故障

在安裝110kV及以下電纜的過(guò)程中，很容易產(chǎn)生違規(guī)操作行為，因?yàn)槭┕げ僮鞑缓侠?，將?huì)破壞電纜表面，此外還會(huì)產(chǎn)生接頭連接問(wèn)題和連接管接觸不良等問(wèn)題。發(fā)生上述問(wèn)題，將會(huì)降低110kV及以下電纜的絕緣性，水分進(jìn)入到電纜內(nèi)部，將會(huì)影響到110kV及以下電纜運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而引發(fā)安全事故[3]。

（4）機(jī)械性損傷

在安裝和運(yùn)輸110kV及以下電纜的過(guò)程中，電纜設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生機(jī)械性傷害，嚴(yán)重破壞電纜接頭和導(dǎo)體絕緣性。

3 110kV及以下電纜故障診斷技術(shù)

（1）震蕩波檢測(cè)技術(shù)

在110kV及以下電纜故障診斷過(guò)程中利用震蕩波檢測(cè)技術(shù)，在充電之后系統(tǒng)性的檢測(cè)110kV及以下電纜放電電流中的脈沖信號(hào)，因此判斷和分析電纜放電情況和故障點(diǎn)，可以準(zhǔn)確判斷電纜健康情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且判斷110kV及以下電纜故障，進(jìn)一步提高110kV及以下電纜運(yùn)行的持續(xù)性和穩(wěn)定性。技術(shù)人員在利用震蕩波檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，通過(guò)直流加壓達(dá)到預(yù)定值之后，需要合上高壓固態(tài)開關(guān)，設(shè)備電感和電纜電容將會(huì)產(chǎn)生諧振，在電纜終端可以獲得阻尼震蕩電壓，通過(guò)分析電纜運(yùn)行信息，可以利用固定電感和阻尼震蕩回路等，統(tǒng)一電壓震蕩頻次和工頻頻次[4]。

（2）脈沖檢測(cè)法

在診斷110kV及以下電纜故障的過(guò)程中利用脈沖檢測(cè)法，主要包括低壓脈沖法和脈沖電壓法以及脈沖電流法等。利用脈沖檢測(cè)法的過(guò)程中，需要利用脈沖發(fā)射器的脈沖波，在發(fā)生故障的110kV及以下電纜節(jié)點(diǎn)部位將會(huì)反射脈沖。通過(guò)記錄反射脈沖的間隔時(shí)間和速度等，可以精確故障發(fā)生問(wèn)題，對(duì)比反射脈沖波之后，可以判斷110kV及以下電纜的故障，同時(shí)可以為故障解決過(guò)程提供參考數(shù)據(jù)。

（3）測(cè)聲法

測(cè)聲法主要是通過(guò)電火花放電過(guò)程的聲音確定故障發(fā)生位置，在檢測(cè)過(guò)程中需要利用較多的專業(yè)設(shè)備。在電路中設(shè)置高壓電容器，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)電容充電，達(dá)到特定值之后，電纜絕緣層的故障點(diǎn)將會(huì)放電，并且會(huì)產(chǎn)生放電聲音。針對(duì)明敷設(shè)的電纜，可以直接定位故障點(diǎn)。針對(duì)暗敷設(shè)電纜，技術(shù)人員可以利用拾聲器落實(shí)檢測(cè)工作。在實(shí)際工作中探測(cè)人員首先需要確定110kV及以下電纜實(shí)際走向，結(jié)合方向確定聲音大小。如果某點(diǎn)的聲音比較大，可以確定為電纜故障。利用測(cè)聲法診斷地面電纜故障問(wèn)題，在地下埋設(shè)部分電纜，具有很強(qiáng)隱蔽性，如果發(fā)生電纜故障，首先要明確故障方向，其次在地面緊貼測(cè)聲設(shè)備，逐漸完成探測(cè)工作，當(dāng)設(shè)備發(fā)出聲響，可以確定電纜故障點(diǎn)。在利用測(cè)聲法的過(guò)程中，技術(shù)人員需要保障操作過(guò)程的安全性，降低安全事故發(fā)生率[5]。

（4）離線測(cè)距法

1）阻抗法：選定測(cè)量端之后，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算阻抗，并且利用線路參數(shù)列出故障點(diǎn)方程，求解之后確定故障距離。利用阻抗法需要建立線路參數(shù)模型，操作過(guò)程非常簡(jiǎn)單。在實(shí)際應(yīng)用階段通常要搭配經(jīng)典電橋法，有利于提高故障診斷的精確性。

2）行波法：行波法是利用行波傳播時(shí)間確定故障點(diǎn)，行波法主要包括脈沖電壓法和低壓脈沖反射法等。其中低壓脈沖反射法具有直觀性優(yōu)勢(shì)，無(wú)需利用電纜資料，但是不利于診斷高阻故障和閃絡(luò)故障。利用脈沖電壓法可以提高故障線診斷效率，同時(shí)可以保障儀器設(shè)備和操作人員的安全性，有利于確認(rèn)相關(guān)信號(hào)。但是利用的儀器設(shè)備非常復(fù)雜，同時(shí)耗費(fèi)較多的故障測(cè)試時(shí)間，不利于控制二次脈沖[6]。

（5）電容電流測(cè)量法

110kV及以下電纜運(yùn)行過(guò)程中，不同相芯線中存在電容，而且電容分布具有均勻性特征。利用電容、電流測(cè)量法，根據(jù)這一現(xiàn)象可以確定故障點(diǎn)位置。在測(cè)定過(guò)程中，在故障電纜起始位置增加穩(wěn)定電壓，測(cè)得每段電纜的電流電容之后需要詳細(xì)表示，保障電壓穩(wěn)定性之后在電纜末端繼續(xù)測(cè)量，并且要顯示電流電容。如果發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)生改變，通過(guò)測(cè)量電力電容比值，可以確定故障點(diǎn)所在區(qū)域。結(jié)合電容公式確定電容和電流之間呈現(xiàn)正比的關(guān)系，如果電壓不變，電流和電纜長(zhǎng)度之間呈現(xiàn)出反比關(guān)系。確定故障點(diǎn)之后，可以通過(guò)改變比值確定故障點(diǎn)。在這一階段要注意穩(wěn)定電壓，保障電流表示數(shù)的精確性。

（6）零電位測(cè)量法

通常是在長(zhǎng)度較小的對(duì)地短路電纜中利用零電位測(cè)量法，通過(guò)對(duì)比完好的線纜，并聯(lián)兩條線纜，并且在線纜中布置電源，因此形成并聯(lián)電阻絲。兩條線纜對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的電位為零，通過(guò)測(cè)量實(shí)驗(yàn)電纜和對(duì)面之間電位，可以確定110kV及以下電纜的故障點(diǎn)。在實(shí)際工作中要實(shí)現(xiàn)微伏表一點(diǎn)接地，另外一端移動(dòng)于實(shí)驗(yàn)電力電纜上。操作人員需要仔細(xì)觀察電表示數(shù)，在非故障區(qū)，移動(dòng)電表的過(guò)程中示數(shù)始終是零。完成故障點(diǎn)探測(cè)工作之后，改變了電表示數(shù)，可以確定故障點(diǎn)。利用這種測(cè)量方法要統(tǒng)一兩條線纜的參數(shù)，并且要利用蓄電池或者干電池，試驗(yàn)電壓可以選用6V，注意完全接觸測(cè)量電表線纜和實(shí)驗(yàn)電纜之間，可以提高故障診斷的精確性[7]。

4 110kV及以下電纜故障處理的建議

1）110kV及以下電纜運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該全面管理電纜運(yùn)行資料，保障整體電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。注意說(shuō)明直埋電纜的施工安裝走向，通過(guò)對(duì)比和查驗(yàn)原始材料，確定電纜工程施工要求和電纜線路長(zhǎng)度尺寸等。

2）為了保障電纜故障控制效果，需要提高人員管理水平，電力企業(yè)需要加強(qiáng)培訓(xùn)現(xiàn)骨干工作人員。在電纜運(yùn)行過(guò)程中需要提高安全管理水平，避免發(fā)生故障問(wèn)題，通過(guò)培訓(xùn)技術(shù)人員和管理人員，可以提高整體工作團(tuán)隊(duì)的技術(shù)能力，保障110kV及以下電纜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

近些年我國(guó)不斷擴(kuò)大電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模，加劇110kV及以下電纜線路架設(shè)的復(fù)雜性，也因此提高故障發(fā)生率。為了滿足電力系統(tǒng)的需求，需要利用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，精確性的診斷110kV及以下電纜故障，進(jìn)一步提升故障檢修效率，推動(dòng)電網(wǎng)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。