基于高壓電纜接地故障的排除分析

馮小軍

摘要：隨著高壓電力系統中性點改造為小電阻接地系統，系統發生單相接地故障時，對保護的配置要求也隨之改變，工程實際運用中，保護裝置誤動或拒動的情況時有發生。

關鍵詞：高壓電纜;接地故障;排除

引言

電力電纜作為電力系統的重要組成部分，它的安全運行具有重要意義。一旦電纜發生故障后，如何在最短時間內快速找出故障點，減少故障損失，減少不必要的人力浪費一直是電纜行業十分重要的研究課題。本文電纜故障原理進行了分析，并結合實際，重點介紹電纜故障的探測原理和一種新型差分電位法的定位方法。

1故障探測原理

電纜故障后首先判斷故障類型，通過兆歐表、萬用表等測試儀表進行測試，一般分為單項接地、兩相短路、三相短路、單項開路、兩相開路、三相開路等故障，根據嚴重程度分為高阻故障和低阻故障。確定故障類型后就應該確定故障范圍。當電波沿著電纜傳播時，如果電纜的阻抗不均勻，電波將會形成反射。根據反射波的形狀和拐點，可判斷故障的類型和距離。

2高壓電纜接地故障形成原因

首先是外力破壞。外力破壞是電纜運行過程中發生故障的主要原因，具體表現為以下兩個方面：一是市政工程建設過程中，施工單位在未經全面勘測和與相關管線單位溝通的基礎上盲目施工，大型機械破路開挖，造成電纜外護套損傷或者直接傷及電纜線芯造成故障跳閘。二是電纜淺埋段長期受到車輛、重物沖擊，造成電纜土建設施下沉、電纜護套開裂、本體拉傷斷裂。其次是敷設質量。敷設施工質量不良也是電纜發生故障的原因之一，具體表現為：①施工單位未按照施工方案和相關規程要求施工。②牽引機械布置間距過大、轉彎半徑過小等原因，導致牽引力過大，超過規定限值導致電纜護套機械損傷。③長電纜線路，電纜分段不均勻，交叉互聯箱接線錯誤，導致電纜金屬護套感應電壓超過規程規定，電纜接地電流過大導致電纜發熱嚴重，最終導致電纜故障。

3電纜故障性質分類

（1）開路故障。開路故障是指電纜線芯或金屬護套發生開斷的故障。開路故障發生的概率極低，一般伴隨有電纜的接地故障。（2）低阻（短路）故障。低阻（短路）故障是指芯線對地或線芯之間的絕緣電阻小于幾百歐姆的故障，一般小于10倍電纜波阻抗Z0。（3）泄漏性高阻故障。泄漏性高阻故障是指芯線對地或線芯之間的絕緣電阻大于幾百歐姆的故障，一般大于10倍電纜波阻抗Z0。

4電纜故障性質診斷與測距

4.1混合線路電纜段故障精確定位

通過監測故障點產生的行波傳輸到電纜兩側終端行波采集模塊的時間差與行波在電纜中傳播的速度關系，分析計算故障點距離監測終端的距離位置，從而定位故障點。分別進行兩次電纜段中間接頭故障模擬試驗，逐步升高試驗電壓直至高壓電纜中間接頭擊穿，記錄電纜兩側終端處采集模塊監測到的故障工頻暫態電流波形，經小波分析。依據故障點精確定位計算公式（1），得到兩次電纜段中間接頭故障精確定位計算結果分別為15.8m和20.9m，與模擬試驗設置的中間接頭故障點距離測試端25m的偏差分別為9.2m和4.1m;受模擬試驗高壓電纜線路長度限制，故障定位計算結果偏差較大，同時，該方法的定位精度主要取決于行波電流傳感器采集精度和同步時鐘精度。由試驗結果可見，基于小波理論的雙端故障定位方法可實現高壓電纜線路區間內故障的精確定位，定位精度偏差在9.2m之內，對長度達幾公里的高壓電纜線路而言，該故障定位精度可有效指導現場故障點查找，提升搶修效率。

4.2波形比較法

波形比較法時高壓脈沖法的特別應用。此法就是將同種類型的正常電纜和故障電纜的兩種波形相比較，從而判斷疑難故障。在測試電纜故障之前，首先應對故障類型進行判斷，以確定采用哪種測試方法。借助于萬用表或兆歐表或其他工具及現場經驗，可以對故障類型進行預判。如果故障類型是開路、短路或低阻接地，應使用高壓脈沖法進行測量。如果是高阻故障，則應采用高壓沖擊法。如果故障類型不能確定，則可以使用波形比較法。

4.2.1尋跡定位

電磁感應棒來探測電纜的路由及埋深，差分定位弓及震動探測器對故障點進行定位，適用于各種電力電纜、通訊電纜及具有金屬鎧甲的光纜。當交流電流在導體中流過時，將會在導體周圍產生交變的磁場，并且該磁場的磁力線都是以該導體為同軸的此時如果將一電磁線圈放到該磁場中，線圈的兩端產生感應電壓。移動感應線圈，當線圈的方向與磁力線方向相同時，線圈兩端產生的感應電壓將會最大。也就是說，當線圈方向與導體方向垂直時，感應電壓最大。根據信號的大小就可以判斷電纜的軌跡，的軌跡。

4.2.2差分電位法

差分違法主要是針對地埋電纜故障的查詢。方法是在故障電纜的測試點與地之間加上測試電壓，電纜的故障點周圍就會形成一個磁場。越靠近故障點的磁場越強，離故障點越遠的磁場越弱。

4.3參數敏感性分析

分析相關參數改變時r3變化敏感性：土壤電阻率從100Ω·m到1000Ω·m時，r3變化范圍為2.7%～3%，說明入地電流r3對土壤電阻率變化不敏感;電纜相間距離從100mm到1000mm時，r3變化范圍為2.6%～3.1%，說明入地電流r3對電纜相間距離變化不敏感;金屬護層單位長度電阻從0.01Ω/km到0.4Ω/km改變，r3大小范圍為0.56%～21.5%，說明入地電流r3對電纜金屬護層單位長度電阻很敏感。架空線出線時入地電流分流系數一般在50%～90%之間。與電纜出線對比可見，電纜金屬護層的入地電流分流系數遠比架空地線時小。對比架空地線分流系數計算公式的計算參數構成，可知是由于高壓電纜金屬護層阻抗遠小于架空地線，導致高壓電纜金屬護層分流效應更明顯：高壓電纜金屬護層單位長度電阻一般在0.01Ω/km～0.4Ω/km之間，而出線電纜由于電纜截面大，故一般取值較低;架空地線一般為鍍鋅鋼絞線或OPGW，架空地線為鍍鋅鋼絞線時單位長度電阻一般在1Ω/km～7Ω/km之間，OPGW時在2Ω/km左右。

結語

總之，高壓輸電電纜主絕緣故障的主要原因根據占比由大到小分別是外力破壞、附件質量、敷設質量和本體質量，對電纜運檢人員確保電纜安全穩定運行指明了工作重點和方向

參考文獻：

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[2]楊斌，李明貞，周承科.基于泄漏電流的高壓電纜線路故障測距方法[J].電測與儀表，2020，57（5）：120-124.

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