電纜故障測尋及案例分析

鄧育健

摘 要：文章闡述了電纜故障的主要原因。對于不同的故障類型，討論了幾種常用的電纜故障測尋方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合3個(gè)實(shí)例對測尋方法的應(yīng)用作了分析。

關(guān)鍵詞：電力電纜；故障測尋；脈沖法

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0126-02

Abstract： This paper expounds the main causes of cable faults. For different fault types， the advantages and disadvantages of several common cable fault detection methods are discussed， and the application of the method is analyzed with three examples.

Keywords： power cable； fault finding； pulse method

引言

電力電纜是現(xiàn)代城市電網(wǎng)的重要組成部分，具有占地少、可靠性高、維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。但在電纜出現(xiàn)故障時(shí)，其故障點(diǎn)的定位難度比傳統(tǒng)架空線要大得多，故如何快速、準(zhǔn)確鎖定故障點(diǎn)，是減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電損失的關(guān)鍵因素。本文根據(jù)現(xiàn)在電纜故障常用的測尋技術(shù)，結(jié)合幾件實(shí)際案例進(jìn)行討論。

1 引起電纜故障的主要原因

（1）外力破壞。造成電纜發(fā)生外力破壞的主要原因是機(jī)械施工，例如挖掘機(jī)等機(jī)械直接造成電纜損壞，導(dǎo)致?lián)p傷電纜絕緣層埋下事故隱患，甚至發(fā)生短路跳閘等故障。在實(shí)際運(yùn)行中對故障的統(tǒng)計(jì)顯示，占整個(gè)電纜故障一半以上的為外力破壞型電纜故障。

（2）電纜的施工質(zhì)量。在實(shí)際的電纜施工過程中，容易出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題有兩方面，一方面是外部環(huán)境因素，另一方面是制作技術(shù)水平。主要的外部環(huán)境因素包括由于埋設(shè)的電纜過淺，導(dǎo)致外露的電纜沒有得到適當(dāng)保護(hù)，容易老化損壞；過小的彎曲半徑；電纜溝內(nèi)部的積水或雜物太多；在敷設(shè)過程中導(dǎo)致電纜外皮劃損留下安全隱患等。主要的制作技術(shù)水平包括安裝電纜頭附件時(shí)未能達(dá)到相關(guān)工藝要求；在烘烤電纜頭熱縮材料時(shí)出現(xiàn)不均勻烘烤或過度烘烤，導(dǎo)致絕緣材料出現(xiàn)熱熔過度或熱縮不緊密的問題，導(dǎo)致電纜絕緣程度降低；或是在電纜冷縮制作時(shí)，未能嚴(yán)格按照技術(shù)作業(yè)書的程序進(jìn)行制作，導(dǎo)致電纜未能達(dá)到制作工藝的要求。

（3）電纜自身的質(zhì)量或老化。比如電纜接頭制作不合格時(shí)，會(huì)使接頭進(jìn)水或混入水蒸氣，在電場長時(shí)間的作用下形成水樹枝，逐漸損害電纜的絕緣強(qiáng)度而造成故障。

2 主要的電纜故障類型

通常來說，發(fā)生電纜故障主要有幾種類型：高電阻故障、低電阻故障、斷線故障、三相短路故障和閃絡(luò)性故障。在故障測尋前，通常使用500V-2500V的搖表對故障類型進(jìn)行最終確定。

3 電纜故障的主要測尋方法

（1）電橋法。電橋法是在電纜線路測試端接上測試儀器，分別把電纜良好相和故障相的兩段導(dǎo)體作為電橋的兩個(gè)橋臂，然后再跨接另一端的兩相導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)回路。對電橋進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)電橋平衡時(shí)，相應(yīng)的橋臂電阻乘積應(yīng)該相等，由于電橋上兩個(gè)橋臂的電纜導(dǎo)體的長度與電阻值成正比，可轉(zhuǎn)換電纜導(dǎo)體電阻之比為電纜長度之比，在參考電橋上可調(diào)電阻數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)電阻數(shù)值，即可以得出電纜故障點(diǎn)的初測距離。這種方法主要用于測尋電阻值在100kΩ以下的三相、兩相、單相以及相間短路的故障。通常不適宜用于測尋高電阻故障和閃絡(luò)故障。不過，由于電橋法是根據(jù)現(xiàn)場電壓表和電阻比再通過人工計(jì)算得出電纜的故障距離，其準(zhǔn)確度通常較低，通常不會(huì)應(yīng)用于港區(qū)范圍內(nèi)。

（2）脈沖法。脈沖法是一種運(yùn)用脈沖波技術(shù)對電纜故障進(jìn)行測距的方法。具有代表性的脈沖測距方法主要有兩種，一種是低壓脈沖反射法，另外一種是二次脈沖法。其中，低壓脈沖法的工作原理是在電纜的測試端注入低壓脈沖波，這樣脈沖波會(huì)沿著電纜傳播到相應(yīng)故障點(diǎn)，產(chǎn)生反射后再回送到相關(guān)測試儀器，通過這樣同時(shí)對發(fā)射波的脈沖波以及反射波的脈沖時(shí)間間隔Δt進(jìn)行了記錄，已知在電纜中脈沖波的傳播速度V，即可通過計(jì)算得出故障點(diǎn)的距離。二次脈沖法是第二代脈沖反射法技術(shù)的代表，通過儀器向電纜發(fā)出一個(gè)高壓脈沖，高壓脈沖把故障點(diǎn)擊穿形成燃弧，在燃弧的同時(shí)，儀器再發(fā)出一個(gè)低壓脈沖測量儀器到故障點(diǎn)的距離。

在實(shí)際工作過程中，發(fā)現(xiàn)主要的電纜故障通常是高電阻故障以及低電阻故障。脈沖法由于在解決低阻電纜故障和高阻電纜故障中具有精確度高且不受人工因素影響的特點(diǎn)，因此是測尋電纜故障的主要應(yīng)用方法。

4 電纜故障案例分析

對于電纜故障的測尋，一般采用多種檢測方法混合測量，以獲得更好的效果，目前常用的脈沖法先對電纜故障進(jìn)行粗測，然后再使用聲磁同步設(shè)備對故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。

4.1 2015年4月海珠區(qū)某110kV電纜受外力破壞故障跳閘

變電站保護(hù)信息跟蹤： 110kV某電纜線路距離II段、零序過流II段保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘（全電纜線路重合閘未投），B相故障，錄波測距：1.656km，保護(hù)測距：0.5km，一次故障電流15.88kA。

經(jīng)現(xiàn)場絕緣測試，B相電纜絕緣異常（B相電纜絕緣 0歐），通過脈沖反射及弧反射法測尋結(jié)果如圖1所示。

電纜長度為5025米，共8個(gè)中間接頭，脈沖反射法測得電纜長度及中間接頭數(shù)量與實(shí)際相符，說明沒有發(fā)生電纜開路故障，之后經(jīng)弧反射法測得距離電纜起始點(diǎn)約1303米處有對地放電信號，并且采用雙音頻精定點(diǎn)儀沿線航進(jìn)行聲磁同步測試，測得1303米處有明顯的放電聲音。最終通過開挖發(fā)現(xiàn)，電纜受損情況嚴(yán)重，故確定該故障點(diǎn)位置。

4.2 2015年5月該回路110kV電纜中間接頭故障跳閘

變電站保護(hù)信息跟蹤：110k某電纜線路零序過流II段、距離II段保護(hù)動(dòng)作，B相故障，開關(guān)跳閘，純電纜線路重合閘未投，一次故障電流16.964kA，錄波測距3.185km，保護(hù)測距1km。

經(jīng)現(xiàn)場絕緣測試，B相電纜絕緣異常（B相電纜絕緣21.4K歐），通過脈沖反射及弧反射法測尋結(jié)果如圖2所示。

電纜長度為5025米，共8個(gè)中間接頭，脈沖反射法測得電纜長度及中間接頭數(shù)量與實(shí)際相符，說明沒有發(fā)生電纜開路故障，之后經(jīng)弧反射法多次對故障電纜進(jìn)行沖擊放電，均無法得到故障點(diǎn)波形，僅有一次偶然的測得距離電纜起始點(diǎn)約4475米處有對地放電信號，故無法判斷故障點(diǎn)位置，且通過28kV不斷沖擊故障電纜后，測試電纜絕緣仍然為10k歐以上，故判斷該故障為高阻故障，通過弧反射法在故障點(diǎn)無法產(chǎn)生足夠的電弧或者是燃弧時(shí)間過短，儀器的耦合器無法捕捉到電弧反射的信號，該情況僅能夠采用雙音頻精定點(diǎn)儀沿線航進(jìn)行聲磁同步測試，靠故障點(diǎn)的放電聲音進(jìn)行判斷，另外，該類故障一般發(fā)生在中間接頭位置，故需重點(diǎn)關(guān)注中間接頭附近的聲磁信號。

4.3 2015年9月白云區(qū)某110kV電纜受外力破壞故障跳閘

變電站保護(hù)信息跟蹤：110kV某電纜線路零序I段、距離I段保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，B相故障，重合后再跳閘，距離I段保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)測距2km，錄波故障電流18.088kA，測距1.644km。

經(jīng)現(xiàn)場絕緣測試，絕緣電阻為13.2兆歐，呈高阻狀態(tài)。之后，對故障電纜繼續(xù)加壓（28kV）做燒穿處理，絕緣電阻下降至0歐。電纜長度為6700米，共13個(gè)中間接頭，脈沖反射法測得電纜長度及中間接頭數(shù)量與實(shí)際相符，說明沒有發(fā)生電纜開路故障，之后經(jīng)弧反射法測得距離電纜起始點(diǎn)約4832米處有對地放電信號，測試結(jié)果如圖3所示，并且采用雙音頻精定點(diǎn)儀沿線航進(jìn)行聲磁同步測試，測得1303米處有明顯的放電聲音。最終通過開挖發(fā)現(xiàn)電纜受損情況嚴(yán)重，故確定該故障點(diǎn)位置。

5 結(jié)束語

電纜故障測試是一個(gè)復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，而且受實(shí)際故障情況及周邊環(huán)境的影響極大，結(jié)合實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，由于發(fā)生110kV電纜故障，大部分都是外力施工引起，所以，發(fā)生故障后對線航周邊施工的迅速巡查對于故障點(diǎn)確定有非常重要的意義。之后，對故障電纜的絕緣測試判斷電纜故障類型，并針對不同的故障類型需采用不同的故障測尋方式。最后，部分電纜出現(xiàn)的高阻故障通過弧反射法無法測出故障位置，該類故障需要我們通過電橋法或者是最新的三次脈沖弧反射法進(jìn)行測尋，如最終所有測尋方式均無效的情況下，只能通過對線航采用聲磁同步法直接測聽故障點(diǎn)位置。

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