電力電纜故障診斷技術

田 宇

(重慶西南鋁機電設備工程有限公司，重慶401326)

0 引言

隨著電力、能源行業的發展，各種電纜越來越多地運用到生產生活的各個領域，是電力系統不可缺少的部分。當電纜發生故障時，需要準確地判斷故障類型，并迅速地找出故障點，以便減少資源浪費和由停電造成的經濟損失。

1 電力電纜故障的主要原因

1)電纜的制造質量，包括電纜芯絕緣，護層絕緣所用的材料及制造工藝。

2)電纜的運行環境，包括負荷、過電壓、環境溫度、濕度、酸堿度等問題。

3)外力作用，如開掘、擠壓、彎曲、不符合規范的敷設方式等。

2 電力電纜故障性質及分類

電纜電纜故障可分為開路故障、低阻故障和高阻故障三種類型。

2.1 開路故障

若電纜相間或對地的絕緣電阻值達到所要求的規范值，但是工作電壓不能傳輸到終端，或雖然終端有電壓，但是負載能力差，這類故障稱為開路故障。若R =R0(R0為被測電纜的電阻計算值，R 為測量值。)，電纜無開路故障;若R =∞，則電纜開路。

2.2 低阻故障

電纜一芯或數芯對地絕緣電阻或芯與芯之間絕緣電阻低于10ZC(ZC為電纜特性阻抗，一般不超過40Ω)時，而導體連續性能良好者稱為低阻故障。

2.3 高阻故障

電纜一芯或數芯對地絕緣電阻或芯與芯之間絕緣電阻低于正常值很多，但高于10ZC，而導體連續性能良好者稱為高阻故障。

3 電力電纜故障診斷與定位

在進行電力電纜故障處理前，首先要對故障的性質進行判斷，通常是將電纜脫離供電系統，并按以下步驟進行測量。

1)用兆歐表測量電纜每芯對地的絕緣電阻，如絕緣電阻為0，可用外用表測量電阻值R，以便確定是低阻還是高阻故障。

2)測量每芯之間的絕緣電阻，確定是否有相間故障。

3)將電纜另一端每芯之間短接，然后測量每兩芯之間電阻，以確定是否有開路故障。

3.1 零電位法

零電位法也就是電位比較法，它適應于長度較短的電纜芯線對地故障，其接線如圖1 所示，測量原理如下:將電纜故障芯線與等長的比較導線并聯，在兩端加電壓E 時，相當于在兩個并聯的均勻電阻絲兩端接了電源，此時，一條電阻絲上的任何一點和另一條電阻絲上的對應點之間的電位差必然為零。反之，電位差為零的兩點必然是對應點。因為微伏表的負極接地，與電纜故障點等電位，所以，當微伏表的正極在比較導線上移動至指示值為零時的點與故障點等電位，即故障點的對應點。

圖1 單相閘刀開關示意圖

圖中K 為單相閘刀開關，E 為6 V 蓄電池或4 節1 號干電池，mV 為直流微伏表。

3.2 電容電流測定法

電纜在運行中，芯線之間、芯線對地都存在電容，該電容是均勻分布的，電容量與電纜長度呈線性比例關系，電容電流測定法就是根據這一原理進行測定的，對于電纜芯線斷線故障的測定非常準確。測量電路如圖2 所示，使用設備為1 ～2 kVA單相調壓器一臺，0 ～30 V、0.5 級交流電壓表一只，0 ～100 mA、0.5 級交流毫安表一只。

圖2 電容電流測定原理圖

測量步驟:

1)首先在電纜首端分別測出每相芯線的電容電流(應保持施加電壓相等)Ia、Ib、Ic 的數值。

2)在電纜的末端再測量每相芯線的電容電流Ia'、Ib'、Ic'的數值，以核對完好芯線與斷線芯線的電容之比，初步可判斷出斷線距離近似點。

3)根據電容量計算公式C=1/2πfU 可知，在電壓U、頻率f不變時C 與I 成正比。因為工頻電壓的f(頻率)不變，測量時只要保證施加電壓不變，電容電流之比即為電容量之比。設電纜全長為L，芯線斷線點距離為X，則Ia/ Ic =L/X，X =(Ic/Ia)L。

測量過程中，只要保證電壓不變，電流表讀數準確，電纜總長度測量精確，其測定誤差比較小。

3.3 低壓脈沖探測法

低壓脈沖法可測量電纜中出現的開路故障，相間或者相對地低阻故障。低壓脈沖法的原理是依據均勻傳輸線中波傳輸與反射的原理，將被測電纜看成是均勻傳輸線，它每一點的阻抗是相等的，當從它一端發射一低壓脈沖時，電磁波在電纜上傳輸，當遇到故障點的波阻發生了變化時，電磁波傳輸到該點時就發生折發射現象。

在實際作業時，是由低壓脈沖儀發射一個寬度為0.1 ～2 μs，幅度大于120 V 的低壓脈沖，在t0時刻加到故障電纜一端。此時脈沖以速度v 向電纜故障點傳播，經Δt 后到達故障點，并產生發射脈沖，發射脈沖以同樣的速度v 經Δt 與t1時刻達到發射點。若設故障點到發射點距離為L，則有如下關系:

所以需要記錄t0和t1時刻及速度v，就可以測出故障點的距離。

3.4 電纜故障精確定位技術

由于電纜線路不可能全部直線敷設，用電纜故障探測儀僅能對電纜的故障大致位置進行初步判斷，而不能準確的找出故障點。現在普遍使用的定位儀是將微弱的機械振動波轉換為電信號，然后將電信號放大，在通過耳機還原為聲音，然后通過人機的有機配合，從而準確地快速地找出故障點。

4 結語

電纜故障測試技術水平的提高，應針對不同的故障性質采取不同的方法，還要不斷引進新技術、新設備，同時也要在新設備上摸索經驗，開發新的功能。通過多觀察，多學習、多積累經驗，以期促進實際工作的查尋效率，從而節省人力物力，縮短處理電纜事故的時間，創造較大的經濟效益和社會效益。