論電力系統(tǒng)中輸電線路的故障定位與原理分析

摘 要：本文結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，從四個(gè)方面對(duì)輸電線路中電纜的故障分類、原因、性質(zhì)、電纜預(yù)定位方法及電纜故障點(diǎn)精確定位與電纜識(shí)別方法進(jìn)行了分析，希望能和同行技術(shù)人員共同學(xué)習(xí)、進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)輸電線路定位故障原理分析

1電纜故障分類

電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障是指電纜一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體（包括鉛、鋁外皮）斷開。通常在電纜至少一個(gè)導(dǎo)體斷路之前，串聯(lián)故障是不容易發(fā)現(xiàn)的，并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對(duì)外皮或?qū)w之間的絕緣下降，不能承受正常運(yùn)行電壓。實(shí)際的故障組合形式是很多的， 幾種可能性較大的幾種故障形式是一相對(duì)地、兩相對(duì)地和一相斷線并接地。根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況， 電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。

1.開路故障。電纜的各芯絕緣良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體斷開或雖未斷開但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端， 或雖然終端有電壓但負(fù)載能力較差。

2.低阻故障。電纜的一芯或數(shù)芯對(duì)地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多，電阻值低于10Zc而芯線連接良好的。一般常見的這類故障有單相接地、兩相或三相短路或接地。

3.高阻與閃絡(luò)性故障。電纜的一芯或數(shù)芯對(duì)地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多，但高于10Zc 而芯線連接良好。若故障點(diǎn)沒有形成電阻通道，只有放電間隙或閃絡(luò)性表面，此時(shí)故障即為閃絡(luò)性故障，據(jù)統(tǒng)計(jì)，這兩類故障約占整個(gè)電纜故障的90%。

2電纜線路故障原因

電力電纜線路故障率和多數(shù)電力設(shè)備一樣， 投入運(yùn)行初期（1～5 年內(nèi)）容易發(fā)生運(yùn)行故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問題；運(yùn)行中期（5～25 年內(nèi)），電纜本體和附件基本進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)期，線路運(yùn)行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應(yīng)進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電；運(yùn)行后期（25 年后），電纜本體絕緣樹枝老化、電- 熱老化以及附件材料老化加劇，電力電纜運(yùn)行故障率大幅上升。隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增長，機(jī)械損傷、護(hù)層的腐蝕、過電壓、材料缺陷以及設(shè)計(jì)制作工藝的問題等導(dǎo)致故障時(shí)有發(fā)生。

3電纜故障性質(zhì)的判斷

所謂故障的性質(zhì)， 就是確定： 故障電纜電阻是高阻還是低阻； 是閃絡(luò)還是封閉性故障； 是接地、短路、斷線， 是單相、兩相， 還是三相故障。根據(jù)電纜故障性質(zhì)的判斷， 我們可以采取相應(yīng)的試驗(yàn)手段以便于快速、準(zhǔn)確地測定電纜故障點(diǎn)，若電纜故障為低阻故障， 我們則采用脈沖法。若電纜故障為高阻故障，我們則采用沖擊高壓閃絡(luò)法。

1.運(yùn)行中的電纜發(fā)生故障時(shí)， 預(yù)報(bào)警并顯示則有可能是電纜短路或接地故障， 此類故障有可能由于短路接地電流大而造成斷線故障。

2.預(yù)防性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的故障多為高阻故障。

3.對(duì)故障電纜進(jìn)行絕緣電阻測定及導(dǎo)通試驗(yàn)。

用2500V 兆歐表測量電纜芯線對(duì)地和相間的絕緣電阻來判斷電纜故障是對(duì)地還是相間， 是高阻還是低阻故障， 如絕緣電阻較低時(shí)， 則可用500V―1000V 兆歐表測量。導(dǎo)通試驗(yàn)時(shí)， 將電纜芯線之間在一端短接起來， 在另一端用萬用表測量電纜芯線間的電阻， 來判斷電纜是否斷線故障。電纜故障確定后， 首先選擇最簡便、快速、準(zhǔn)確的尋測方法。

4電纜預(yù)定位方法

由于電力電纜產(chǎn)品在發(fā)展過程中不斷采用新的絕緣材料， 因而電纜的絕緣電阻也不斷增高， 過去使用的一些探測方法已經(jīng)不能滿足需要， 因?yàn)槭褂靡酝墓收咸綔y法， 對(duì)于高阻故障， 必須經(jīng)過“燒穿”才能進(jìn)行探測， 電纜故障點(diǎn)的燒穿， 要花費(fèi)大量的時(shí)間、電力、設(shè)備和人力， 這在故障探測中， 是花時(shí)間最多， 最難進(jìn)步的一步， 目前廣泛采用的是脈沖反射法， 即閃測法， （利用故障點(diǎn)閃絡(luò)進(jìn)行測距的儀器， 簡稱為閃測儀）進(jìn)行故障測尋， 從而使故障可不經(jīng)燒穿就能直接進(jìn)行粗測。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是： 探測快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)， 所用儀器輕便， 即可節(jié)省時(shí)間， 又可節(jié)省人力， 我們多利用脈沖反射法， 和沖閃法能夠準(zhǔn)確的尋找到各種類型的電纜故障， 下面就電纜故障的性質(zhì)和尋測方法進(jìn)行一下分析：

若電纜故障為低阻故障， 我們則采用脈沖法。若電纜故障為高阻故障，我們則采用沖擊高壓閃絡(luò)法。

4.1 脈沖法

用脈沖法測尋低阻電纜故障脈沖法是電纜測試中最簡便和直觀的尋測方法。其準(zhǔn)確度很高。它可直觀從閃測儀中觀察出故障點(diǎn)是短路還是開路故障。并且可以從示波器標(biāo)準(zhǔn)距離刻度上直接推算出故障點(diǎn)距測量端的距離。脈沖法接線如下圖 方， 如： 故障點(diǎn)、電纜終端。在該點(diǎn)處被反射回去。測量發(fā)送脈沖和反射脈沖的時(shí)間差就可以確定故障點(diǎn)的位置。故障點(diǎn)的距離：

利用公式L=1/2VT …… （1） 求出

T―為標(biāo)準(zhǔn)波時(shí)間差

V―電波在電纜中的傳播速度

由于電纜的絕緣材料不同， 電波在其中的傳播速度也不同， 可參照表一。

故障的性質(zhì)類型， 由反射脈沖極性快定。如發(fā)射正脈沖短路故障將產(chǎn)生負(fù)反射； 開路故障（包括電纜終端）將產(chǎn)生正反射。如果發(fā)送的脈沖為一個(gè)正脈沖， 脈沖法測定短路故障及開路故障波形如下圖。

4.2 電感沖閃法

用沖閃法測尋高阻電纜故障根據(jù)我廠多年來電纜在運(yùn)行中及預(yù)防性試驗(yàn)中所發(fā)生的電纜故障情況看來。電纜故障的70%以上是高阻故障， 特別是在預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生擊穿的故障90% 以上是高阻故障。沖擊高壓閃絡(luò)法更適合任何類型的高阻故障。并且試驗(yàn)方法簡便、準(zhǔn)確、快速。

⑴電感沖閃法：

沖擊高壓閃絡(luò)法根據(jù)在測試時(shí)， 分為電感沖閃法和電阻沖閃法。不同之處只是與球形間隙相串聯(lián)的電感線圈L 可改為電阻。兩種方法其原理相似， 但電感沖閃法使用更加廣泛。在高阻電纜故障尋測時(shí)多使用此方法。下面僅對(duì)電感沖閃法的原理進(jìn)行一下簡單分析。

⑵工作原理：

電源接通后， 電流通過調(diào)壓器、變壓器整流對(duì)電容器充電， 當(dāng)充電電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)， 球間隙JS 波擊穿， 電容器C 的電壓通過球間隙的短路電弧和一小電感L 直接加到電纜的測量端。這個(gè)沖擊電壓波沿電纜向故障點(diǎn)傳播。只要電壓的峰值足夠大， 故障點(diǎn)就會(huì)因電離而放電， 故障點(diǎn)放電所產(chǎn)生的短路電弧便沿電纜送出的電壓波反射回來。其故障點(diǎn)的理想波形如圖四， 只要測出波形的第一個(gè)上突跳拐點(diǎn)T1 和下一個(gè)下突跳點(diǎn)T2 間的時(shí)間間隔， 便可以利用L=1/2VT 算出故障點(diǎn)距測試端的距離。

5結(jié)束語

電纜主要敷設(shè)于地下， 對(duì)人身安全比較有利。由于其具有占地面積小、不受建筑物限制，運(yùn)行狀況不易受雷擊。對(duì)地電容為同級(jí)架空線的十倍以上， 因而對(duì)提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)有利。為保證電纜的正常運(yùn)行，施工制作電纜頭、中間頭過程中，應(yīng)嚴(yán)格把控好制作方式方法，對(duì)密封工藝過程應(yīng)做到細(xì)致認(rèn)真，電力施工技術(shù)人員應(yīng)努力學(xué)習(xí)，不斷地接受新工藝新技術(shù)，積累工作經(jīng)驗(yàn)，為電力電纜的安全運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃宗鑫，輪輸電線路運(yùn)行現(xiàn)狀及安全的對(duì)策，電力建設(shè)，2008（8），p140。

[2]王忠華，淺談讓輸電線路的安全合理運(yùn)行，科技論壇，2007，p41。

作者簡介：

曲鵬飛（1972年11月25日—），男，，電氣工程師，現(xiàn)任黑龍江省興隆林業(yè)局白楊木林場電管站 副站長，郵編151900 ，主要研究電力方向。