電纜故障及電纜超低頻耐壓試驗研究及應用

朱立鋒（山東鋼鐵萊鋼設備檢修中心，山東萊蕪，271100）

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電纜故障及電纜超低頻耐壓試驗研究及應用

朱立鋒
（山東鋼鐵萊鋼設備檢修中心，山東萊蕪，271100）

摘要：通過介紹電纜故障點快速定位，實現電纜故障的快速排除，對電纜的耐壓試驗進行了介紹。

關鍵詞：電纜；耐壓；故障

0 背景

電力電纜在鋼鐵冶金企業應用日益廣泛。但是電纜發生故障難以較快的找出故障點的確切位置。不能及時地排除故障，給主線生產造成損失。如何以最快的速度找出故障點成為研究的主要課題。

需要對電纜進行超低頻耐壓試驗，超低頻絕緣耐壓試驗是工頻耐壓試驗的替代方法，在對大中型發電機、電動機、電力電纜等試品進行工頻耐壓試驗時，由于它們的絕緣層呈現較大的電容量，所以需要很大容量的試驗變壓器或諧振變壓器。這樣一些巨大的設備，不但笨重，造價高，而且使用十分不便。

1 測試原理及方法

1.1 儀器選擇

GS903電纜故障測試儀是一套綜合性的電纜故障探測儀器。能對電纜的高阻閃絡故障，高低阻性的接地，短路和電纜的斷線，接觸不良等故障進行測試，配備聲測法定點儀，可準確測定故障點的精確位置。確定故障點后快速進行電纜頭或中間接頭制作，盡快回復供電，為確保電纜故障的維修質量。

現場的理論和實踐證明，用0.1HZ超低頻耐壓試驗替代工頻耐壓試驗，能有同樣的等效性，設備的體積大為縮小，重量大為減輕，理論上容量為工頻的五百分之一。試驗程序大大的簡化，與工頻試驗相比優越性更多。

1.2 原理介紹

采用時域反射（TDR）原理測量電纜故障的距離。對于低阻、開路故障，儀器向被測電纜發射一系列電脈沖,有故障的電纜會在故障點產生一個反射信號（如果沒有電纜故障，反射為電纜全長）；對于高阻故障，給電纜上加一沖擊直流負高壓，使故障點產生反射脈沖。我們根據發射脈沖和反射脈沖的時間差及電纜中電波的傳播速度，可測出故障點到測試端的距離為：S=VT/2

式中：S代表故障點到測試端的距離

V代表電波在電纜中的傳播速度

T代表電波在電纜中來回傳播所需要的時間

在速度V已知和時間T已經測出的情況下，就可計算出故障點距測試端的距離S，如圖1所示。

圖1　故障點示意圖

脈沖法測試原理：脈沖法測試即為GS903電纜故障測試儀內部產生一脈沖波，這一脈沖波被加于電纜上，當脈沖波遇到電纜特性阻抗變化的點，就會產生一回波信號(根據傳輸線原理)，本儀器在電纜的測試端將這兩個信號(發射波和回波)采集并顯示，根據這兩個波的時間差來計算出故障點與測試端的距離。因此這種測試方法不受電纜敷設規則影響，只與電波在此電纜中的傳輸速度有關。

高壓閃絡法測試原理：在針對電纜的高阻故障時，利用外部設備給電纜施加高壓，當故障電纜承受不了所加高壓時，故障點就會產生擊穿電弧。擊穿電弧就會產生一回波，這樣利用測試儀

圖3　高壓閃絡法測試原理示意圖

就可以將整個擊穿過程在測試端利用采集波形的形式記錄下來，通過這個擊穿過程來分析計算擊穿點離測試端的距離。

這種測試方法不受電纜敷設情況影響，只與電波在此電纜中的傳輸速度有關。電纜故障測試程序在利用電纜故障測試儀(回波法)測試電纜故障時，應按如下程序進行：

⑴搖表或由電纜預試結果判斷電纜故障性質。

⑵根據電纜故障性質選擇合適的測試方法：低阻故障和開路故障最好用脈沖法，當然對低阻故障也可采用閃絡法。泄漏性高阻故障最好采用閃絡法(沖L法)，有些泄漏性高阻故障也可采用直閃法，但通常都不這樣做，閃絡性高阻故障最好采用直閃法，也可以采用兩種方法都測一下相互比較提高判斷的準確性。

⑶選擇工作接地點，并從所選擇的接地點分別引出兩條地線，一條接儀器的地，另一條接高壓設備的地。工作地線的選擇原則，是要確保測試相與其構成為一閉合回路，使本儀器能夠得到正確的測試波形，工作地線必須和系統地連在一起，使人、儀器地、高壓設備地以及被測電纜地四體同位。以確保人身安全和儀器設備完好。若電纜是相間故障，工作地線必須是其中一相線，且做地線的相線必須和系統地連在一起。對于無鉛套管的電纜，在進行高壓閃絡測試時，絕大多數故障是對大地或空間放電。從理論上講，故障相對地或空間也形成一閉合回路，但實際上回路內的等效阻抗相當大，從而儀器上也就得不到正確的測試波形。在測試中如果遇到這種情況可采取對可疑故障點直接定點的方法來解決。接地點一定要可靠。

⑷用脈沖法測試電纜全長，以校準被測電纜的電波傳輸速度。

⑸按所選擇的測試方法對故障點進行粗測，若一種測試方法不夠理想，可用其他方法進行比較測試。

⑹粗測完畢后，對故障點進行定點。

⑺測試結束后，必要時可進行經驗總結和進行誤差分析。

2 電纜超低頻耐壓試驗方法及接線

圖4　電纜超低頻耐壓試驗接線示意圖

（1）將與電纜相連的設備完全脫離。

（2）采用2500V兆歐表對電纜各項進行絕緣電阻試驗。

（3）試驗電壓峰值；Umax=3U0，其中Uo為電纜導體對地或金屬屏蔽之間的額定工作電壓。例如；額定電壓為10KV的電纜，單相額定電壓為Uo；

Uo=10/1.73KV

所以試驗電壓峰值為；Umax=3Uo =1.73*10KV =17.32KV

（4）可以分項進行測試。在設備負載容量能力范圍內時，可將電纜三項并聯后，同時進行耐壓試驗。

（5）接通儀器電源，設定好試驗頻率，時間和電壓以及高壓側的過電流保護值。然后開始升壓試驗。

（6）實驗過程中如果遇到儀器出現過流保護，在查明原因后，重新進行耐壓試驗。

（7）試驗中若無破壞性放電發生，則認為通過耐壓試驗。

The research and application of ultra low frequency voltage test cable and cable fault

Zhu Lifeng
(Shandong iron and steel in Laiwu steel equipment maintenance center Shandong Laiwu，271100)

Abstract：This paper introduces the fast fault location of the cable and the quick elimination of the cable fault, and introduces the voltage test of the cable.

Keywords：Cable；Pressure；Breakdown