電力電纜故障探測

　　摘要：該文介紹了電力電纜故障探測工作中，常用的幾種探測方法及在應用效果上的分析和比較。
　　　　
　　隨著電力電纜在城市電網中的應用日益廣泛，運行時間越久，故障會越來越頻繁，如何及時有效地處理故障，保證城市供電和電網的正常運行，就要看是否能夠快速準確地判定故障性質和地點。為解決這項課題，淮北供電公司于2002年購置了一套YM型電纜故障探測議，開始是給配電工區使用，后給修試所實驗班使用，對公司所轄的電纜進行故障探測。經過積極探索和分析研究判斷，在多次的電纜故障探測工作中發揮了*的作用和效果，也積累了豐富的經驗，現對電纜故障發生的原因、性質、探測原理與方法、實際運用進行探討。
　　
　　1、電纜故障原因
　　
　　導致電纜發生故障的原因是多方面的，現將常見的幾種主要原因歸納如下：
　　
　　機械損傷。電纜的很多故障是由于敷設安裝時造成的機械損傷或敷設后在電纜線路上施工造成的外力損傷，而直接引起的。有時雖然損傷輕微，但在幾個月甚至幾年后其損傷部位的絕緣將逐漸降低而導致擊穿。
　　
　　設計和制作工藝不良，不按規程要求制作，往往是形成電纜故障的重要原因。
　　
　　化學、電腐蝕。電纜外鉛皮電腐蝕導致潮氣侵入，絕緣破壞。
　　
　　電纜的制造缺陷。
　　
　　由于電纜長期過負荷運行，電纜的溫度會隨之升高，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升，常常導致電纜薄弱處和對接接頭處首先被擊穿。
　　
　　電纜絕緣物的流失。
　　
　　2、電纜故障預定位的方法
　　
　　在電纜故障定位中zui重要的一步就是鑒別電纜故障類型。一旦故障發生，判斷故障類型，根據故障類型和本單位的設備條件選擇合適的探測方法，直接影響著對事故處理的速度。實際上，電纜可能在任何位置發生任何類型的故障，能否快速排除故障取決于現場工作人員的實際經驗。通常用萬用表來測定故障電纜電阻，按電阻大小把電纜故障分為兩組：低阻故障——小于100kΩ；高阻故障——大于100kΩ。每種類型的電纜故障需要特殊的方法進行預定位，常用的比較有效的預定位方法如下。
　　
　　2.1低壓脈沖反射法
　　
　　這種測量方法是將高頻率的低壓脈沖發送到電纜中，該脈沖沿電纜傳播，直到阻抗失配的地方，如中間接頭、T接頭、短路點、斷路點和終端頭等，在這些點上都會引起波的反射，反射脈沖回到電纜測試端時被試驗設備接收。實踐證明現場絕大多數故障電纜，采用低壓脈沖反射法是無法測量故障位置的，其所反射的波形只能測試電纜全長。圖1為低壓脈沖反射標準波形圖。
　　
　　2.2高阻故障的測量
　　
　　2.2.1直流高壓閃絡法
　　
　　直流高壓閃絡法使用于閃絡性故障，即故障點沒有形成電阻通道（或電阻值*）但電壓升高到一定值時就會產生閃絡現象。
　　
　　工作原理：給故障電纜加直流負高壓，當電壓升高到一定值時，故障點產生閃絡，閃測儀即顯示出測量端的波形，如圖2所示。故障距離為波形的起始點T0到下降處拐點T1的實際時間間隔所對應的距離。
　　
　　（a）探測故障（b）波形
　　
　　在實際中，電纜的閃絡性故障是極普遍的，凡是預試擊穿的電纜幾乎都有閃絡過程，運行擊穿的電纜故障，約半數也有閃絡過程。在對故障電纜進行直接加壓時，電纜閃絡過程長短不一，有些故障只閃絡幾次就形成穩定的通道，不再閃絡，故在發現電纜有閃絡過程，應抓緊時機，珍惜這樣的現象進行測試。由于直閃法比沖閃法波形好精度高，故盡可能使用直閃法測量。
　　
　　2.2.2故障點燒穿法
　　
　　故障點燒穿法應用于高阻故障，設備通過輸出直流負高壓，對高阻故障點進行處理，使故障點產生電弧放電并碳化絕緣介質，因碳化連接點是低電阻的，使高阻故障變成低阻故障，再應用低壓脈沖反射法就可測出。故障點燒穿法主要用于油紙絕緣電纜。采用故障點燒穿法的缺點是燒穿時間長，耗人力，容易形成金屬性短路，為探定故障點造成困難。故障點電阻恢復，還得進行第二次燒穿，所以一般不采用這種方法。
　　
　　2.3沖擊高壓閃絡法
　　
　　沖閃法分為電阻和電感沖閃兩種。對于前者，因電阻在線路中的分壓作用，使得實際加到故障電纜上的電壓偏低，故對放電不利，特別是對于那些有較高阻值的故障更難以放電，因此存在一定的局限性，通常采用后者。電感沖閃法的優點在于幾乎能適應任何類型的故障。大量事實證明，電感沖閃法是對付那些被人們用別的方法測不出來，而被稱之為zui頑固的故障的zui強有力手段，所以把電感沖閃法作為zui主要的測試方法。沖擊直流高壓電感測量法（簡稱沖L法）的測量線路如圖3（a）所示。當電源接通后，首先由直流高壓給貯能電容C充電，當電容上的電壓高到一定幅值時，球隙Q被擊穿放電，在t0時刻瞬間負高壓加到電纜故障相，并傳向故障點，繼而故障點閃絡放電。故障點放電時的短路電弧使沿電纜送去的電壓波反射回去，從而在測量端和故障點之間產生如圖3（b）所示的波形，圖中尖脈沖是由于電感L的微分作用所致。這一波形通過R1、R2電阻分壓后加到儀器上。
　　
　　（a）沖L法測量故障（b）沖L法測量波形
　　
　　沖L法主要用于測量泄漏性高阻故障，也可測量閃絡性高阻故障。應當指出，電纜故障YM型電纜故障測試儀，雖是較*的儀器，但它們均屬于粗測儀器，當判斷出故障點的粗略范圍后，還需設法定點，目前采用的方法主要是聲測定點法。
　　
　　3、電纜故障定點法
　　
　　電纜故障的預定位，據目前的測試水平來看是不困難的。如果用YM電纜故障定位系統，在電纜波形粗測確定以及路徑清楚的情況下，一般只用數分鐘便能測出故障點至測試端的距離，而且預定位誤差一般不會超過10m。但是，由于電纜運行資料的誤差和不完整，故障類型的不同，以及電纜故障點所處的環境因素的復雜多樣性，如欠缺電纜的準確長度和線路圖，在強大的噪聲源和工頻電磁場附近，電纜敷設在埋管中、難于進入到建筑物等，都會給故障點的定點帶來許多意想不到的困難。大量實踐證明，定點方面的問題，已成為快速尋測故障的主要矛盾。現主要用聲磁信號同步接收定點法，此方法給故障電纜加上一個幅度足夠高的沖擊電壓，使故障點發生閃絡放電，產生相當大的“啪、啪”放電聲，同時，會在電纜的外皮與大地形成的回路中感應出環流來，這一環流在電纜周圍產生脈沖磁場。用一個包含接地麥克風接受器和耳機的聽音裝置在地面探測。故障點離麥克風的距離越近，閃絡聲就越大。在監聽聲音信號的同時，接收到脈沖磁場信號，即可判斷該聲音是由故障點放電產生的，故障點就在附近，否則可認為是干擾。在故障點位置處能探測到閃絡聲的zui大值。
　　
　　當遇到電纜本體內閃絡或故障點附近有共振的情況，放電時，聲音會在一大段電纜內部都能聽見，且大小相同，就很難做到定位。鑒于目前尚未有更好的技術，能夠完善的解決定點的問題，只有根據預定位距離和電纜資料，打開電纜溝蓋板或挖開直埋段的路面，直接在電纜本體上進行定點工作。
　　
　　4、結束語
　　
　　電力電纜故障探測方法及技術，除上面所述的幾種主要方法外，還有高壓電橋法、電容法、跨步電壓法及音頻感應法。使用電纜故障測試儀探測故障，不但要熟悉儀器的使用方法，還要懂分析故障性質和測試波形。筆者認為在探測電纜故障時選擇合適的測試方法是非常必要的，可以大大減少故障探測時間，同時總結為：
　　
　　低阻接地故障探測（R<10kΩ），以低壓脈沖法、電橋法測試為易；
　　
　　具有絕緣回復性的高阻故障（R>100kΩ），以直閃法測試為*；
　　
　　高阻接地故障（R>100kΩ），以沖閃法測試為zui準。
　　
　　自2002年購置了YM電纜故障探定位系統以來，主要使用高壓沖擊法進行電纜故障探測，幾年來的成功率為100。為及時有效地排除故障，保證城市用電和電網的正常運行發揮了很好的作用。