探析電力電纜故障的檢測技術(shù)及其運用

宋唯寧 杜海超 趙晨伊

（國網(wǎng)長春供電公司電纜運檢室 吉林長春 130000）

探析電力電纜故障的檢測技術(shù)及其運用

宋唯寧 杜海超 趙晨伊

（國網(wǎng)長春供電公司電纜運檢室 吉林長春 130000）

電力電纜是用于傳輸和分配電能。與傳統(tǒng)的架空線路相比，電力電纜更加方便、安全，需要的空間也更小，也更適合城市的發(fā)展。為了確保輸電線路安全可靠地供電，應(yīng)盡量避免由電纜故障所引發(fā)供電系統(tǒng)癱瘓，從而造成不必要的損失。因此，對電纜故障進行分析、診斷及定位的研究至關(guān)重要。本文就電力電纜故障的檢測技術(shù)及其運用進行了探析。

電力電纜；故障；檢測技術(shù)

引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力電纜廣泛應(yīng)用于全國的各大中型工礦企業(yè)和城市電網(wǎng)，但電力電纜避免不了存在故障。解決電力電纜故障對供電安全至關(guān)重要。

1 確定故障原因

造成電力電纜發(fā)生故障的原因往往是由多種因素結(jié)合產(chǎn)生的結(jié)果，如若不當處理，會導致電氣事故發(fā)生頻繁，帶來巨大損害。故障產(chǎn)生原因主要分以下幾種：

1.1 絕緣熱老化

絕緣老化是指絕緣材料使用一定年限后，長期過負荷運行，會出現(xiàn)絕緣層老化變質(zhì)而導致絕緣性能下降的現(xiàn)象。絕緣老化常見的有電場作用、晶化作用、腐蝕性老化等。如圖1～2分別為絕緣剖面圖和絕緣老化圖。

圖1 電纜剖面圖

圖2 電纜老化圖

1.2 過電壓

過電壓主要分為大氣過電壓和電纜內(nèi)部過電壓。一般情況，對于擁有良好絕緣介質(zhì)的電纜能承受操作過電壓或者大氣過電壓，但實際故障進行分析，許多戶外終端頭在遭受雷擊時被擊穿的情況并不少見，也就是說電纜超過所能承受的電壓值會發(fā)生故障。

1.3 機械損傷

機械損傷是造成電纜故障的重要原因，主要分以下幾種：①外界自然力造成的損壞，如因土地沉降引起的過大拉力導致中間接頭或?qū)w的斷裂；②直接受外力作用損壞，如搬運、挖土、超重等可能造成誤傷電纜，地下線路管治不善，使電力電纜受到外力損傷；③敷設(shè)過程造成損壞，如電纜彎曲過度造成絕緣保護層破損，機械牽引力過大容易使電纜中間接頭拉斷等。

1.4 產(chǎn)品質(zhì)量缺陷

產(chǎn)品質(zhì)量缺陷主要指電纜本體附件的工藝制作或電纜本體未到達標準，如機械強度不足，選材不夠合適等。產(chǎn)品質(zhì)量缺陷表現(xiàn)在三點：①制作質(zhì)量缺陷；②電纜制造質(zhì)量缺陷；③電纜附件質(zhì)量缺陷。

1.5 絕緣受潮

電纜絕緣指在潮濕的環(huán)境下做接頭或電纜制作工藝不良都會造成水分侵入，電纜護套有裂紋或被腐燭引起故障。制造電纜包鉛（鋁）留下砂眼和裂紋等缺陷，也會使絕緣受潮。這些情況最終都會使電纜的絕緣強度大大下降從而導致電纜故障。

2 電力電纜故障分類

根據(jù)電纜的故障性質(zhì)，按試驗結(jié)果分為以下幾類：

2.1 低阻接地或短路故障

常見的有單相低阻接地、兩相短路接地和三相短路接地等。低阻接地與高阻故障的區(qū)別就是識別起來比較方便，用低壓脈沖法即可檢測出低阻反射波。

2.2 閃絡(luò)性故障

當進行電纜耐壓試驗時，電壓超過某一數(shù)值，就會成絕緣擊穿，稱之為閃絡(luò)性故障。這類故障多數(shù)在預防性耐壓試驗時發(fā)生，并且更多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭內(nèi)。

2.3 高阻故障

相對于低阻故障，這類故障發(fā)生的幾率相對高，占全部電纜故障比例的80％左右。電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯對芯之間的絕緣電阻低于正常值很多但高于100kΩ而且導體連續(xù)性較好。

2.4 開路故障

在電纜各相絕緣都良好的情況下，電纜各芯線絕緣良好，但電纜有一芯或數(shù)芯被故障電流燒斷或外力破壞，形成完全或不完全斷線。

綜上，不相同的故障性質(zhì)類型所采用的測試方法也不相同，如表1所示。

表1 電纜故障分類及測試方法選擇

3 測尋電力電纜故障步驟

對于各類電力電纜故障，一般按如下四個步驟進行測尋：

3.1 確定電纜故障性質(zhì)

電力電纜發(fā)生故障以后，第一步必須確定故障的性質(zhì)，然后才能確定進行故障的預定位的方法，以便選擇合適的電纜故障測距和定點方法。

3.2 故障預定位

故障預定位就是從檢測端到電纜另一端，然后從電纜另一端返回。

3.3 電纜故障測距

對于故障測距，需要找出故障電纜的敷設(shè)路徑和埋設(shè)深度，便于進行精確定點，常用的故障測距方法有行波法和電橋法。如今，故障測距裝置的測距誤差一般在4～10m的范圍。如圖3為六根電纜直埋敷設(shè)施工圖。

圖3 六根電纜直埋敷設(shè)施工圖

3.4 電纜故障精確定點

故障點的定點，也就是確定故障點的精確位置。利用電流方向法、聲磁同步法、音頻感應(yīng)法、跨步電壓法等方法進行定點。

4 檢測方法與應(yīng)用

4.1 行波法

行波法最重要的一部分就是速度傳播值，為了進行測距時便于理解，需要將速度傳播值和傳播時間結(jié)合起來分析。行波法總歸四種方法，低壓脈沖反射、脈沖電壓、脈沖電流以及二次脈沖法。依據(jù)故障的性質(zhì)選擇最合適的方法。

4.2 阻抗法

簡單操作是時阻抗法最大的特點，它與經(jīng)典法關(guān)系密切。這種測試方法通過比例和電橋平衡得出結(jié)果。它的缺點是測量阻力過大的電纜和過于復雜的故障無法順利進行檢測。目前已經(jīng)有了對應(yīng)的解決措施，這種措施能一定程度上提高其適用性，但同時也會增強其信號干擾和增加誤差。

4.3 電力電纜測距法

4.3.1 高壓脈沖法

高壓脈沖法是一種遠遠超越了經(jīng)典法的現(xiàn)代測試方法，非常適合高阻測距，在測距的過程中，要格外注意施加電壓的值，在放電后形成的脈沖和反射脈沖進行故障點位置的準準計算。這種方法適用范圍非常廣泛，需要專業(yè)的人員進行操作。

4.3.2 經(jīng)典電橋法

經(jīng)典電橋法是使用時間最長的一種方法，一直沿用到現(xiàn)在。它多用于故障檢測中的單相接，其原理主要是將要將非故障與故障導體連接起來，形成一個小橋，然后調(diào)節(jié)其他狀態(tài)達到平衡，這時可以通過電阻等狀態(tài)的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，確定平衡之后，就可以進行測量，通過橋臂的電阻比推算出來測試結(jié)果。這種方法雖然歷時很長且經(jīng)典，但隨著時代發(fā)展，這種方法逐漸跟不上電力事業(yè)的要求，已經(jīng)被時代淘汰。

4.3.3 其他方法

電力電纜測距方法，除了高壓沖脈法和經(jīng)典電橋法，還有閃絡(luò)法、故障點燒穿法、低壓脈沖法和二次沖脈法。充分利用高電壓對故障點的作用，使其不斷放電，然后進行測距，這是閃絡(luò)法的原理。閃絡(luò)法又分直閃法和沖閃法，其中直閃法簡單，沖閃法復雜，而且直閃法測距更為精準。低壓脈沖法操作特點是范圍較小，迅速簡單，低壓脈沖法的主要測試對象時低阻測距，通過脈沖訊號確定故障點，使用不僅方便，而且簡單。有助于迅速判斷故障位置，非常適合低阻測距，缺點是適用范圍有限。閃烙法借助了高電壓的放電作用對故障點的進行測定，其又分為復雜的沖閃法和簡單的直閃法，其中直閃法更加精確嚴謹。使用故障點燒法需要根據(jù)電纜選材來判斷，故障點燒法本質(zhì)是化高阻為低阻，將故障點燒穿，再用低壓脈沖法即可得出測試結(jié)果，缺點也是適用范圍有限。二次脈沖法雖然使用直觀簡單，而且操作難度系數(shù)低，但適用范圍上存在限制，不適合用于檢測高阻故障和閃絡(luò)故障。駐波法，主要在于波的頻率振幅此法不適合高阻測量，但十分適合檢測開路故障。

5 總結(jié)

隨著科技的大力發(fā)展，目前在不斷研究高科技電力測距方法，將測距方法和先進的計算機技術(shù)有效結(jié)合，可以存儲大量電纜信息，可以在測試時迅速智能識別。國外早已研究出電纜在線測距方法，利用GIS方式將故障點完整呈現(xiàn)和一一對應(yīng)。如今，電力電纜在線測距方法依然需要進一步的研究和提高，我國應(yīng)更加完善在線測距方法。

綜上，電力電纜具有傳統(tǒng)電纜不具備的優(yōu)勢，但還是存在一定的問題，所以需要進行電力電纜故障診斷和檢測。首先確定故障產(chǎn)生的原因，才能進行診斷和檢測，從而保證電力電纜運行的安全性，為中國的電力安全事業(yè)做出貢獻。

[1]鮑永勝.電力電纜局部放電在線監(jiān)測與故障診斷[D].北京：北京交通大學，2012.

[2]袁燕嶺，周 灝，董 杰，史筱川，穆 勇，唐澤洋，周承科.高壓電力電纜護層電流在線監(jiān)測及故障診斷技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2015，04：1194～1203.

[3]錢石，王天雷，陳完年，王小東，康獻民，王大承.電力電纜檢測技術(shù)探討[J].五邑大學學報（自然科學版），2014，04：72～76.

TM247

A

1004-7344（2016）36-0057-02

2016-12-13

宋唯寧（1989-），男，研究生，主要從事電纜運檢及施工管理工作。