高壓電纜故障分析判斷與故障點查找

王永生

(大唐長山熱電廠，吉林 松原 131109)

高壓電纜故障分析判斷與故障點查找

王永生

(大唐長山熱電廠，吉林 松原 131109)

結(jié)合實際工作經(jīng)驗，從高壓電纜故障概述入手，對高壓電纜的故障分析判斷與故障點查找進行了詳細的闡述，以供同行參考。

高壓電纜；故障；老化；查找

0 引言

隨著社會的進步和經(jīng)濟水平的提高，我國電力系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。電纜線路，尤其是交聯(lián)聚乙烯電力電纜，以其結(jié)構(gòu)簡單、負載能力強、機械強度高、絕緣性能好且易于安裝、施工和維護等優(yōu)點，逐漸取代了架空線路，成為高壓輸電線路的重要組成部分。然而，由于高壓電纜往往埋在地下，故障的分析判斷與故障點的查找比較困難。如何快速地判斷故障的原因及位置，盡快排除故障，恢復(fù)供電，具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗，對高壓電纜的故障分析判斷與故障點查找談?wù)勛约旱目捶ǎ怨┩袇⒖肌?/p>

1 高壓電纜故障概述

1.1 電纜老化，絕緣性能下降

電纜在投入使用一段時間后，其絕緣性能就會大大降低，這是由于電纜絕緣老化導(dǎo)致的，這個階段電纜的故障率會大幅上升。老化是指電纜的絕緣材料在一定的內(nèi)外因素的綜合影響下發(fā)生物理與化學(xué)反應(yīng)，使得材料的物理性能出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的下降，最后喪失其使用價值。高壓電纜投入運營以后，會受到電、機械、光、熱以及化學(xué)等因素的作用而發(fā)生老化，影響運行壽命。老化的原因主要有局部放電、電樹枝老化、水樹老化和熱老化。對于高壓電纜，運行時間超過30年的老化屬于正常老化，而由于各種因素在較短年限內(nèi)發(fā)生的老化屬于過早老化，其主要原因有以下幾點：

(1) 電纜選型不合適，長期超負荷工作，大大加速了電纜的老化進程。

(2) 線路靠近熱源，使電纜局部或整體長期受熱，引起熱老化。

(3) 電纜周圍環(huán)境中有能與電纜絕緣層發(fā)生不利化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，從而引起電纜過早老化。

1.2 附件故障

若不出現(xiàn)人為破壞和自然災(zāi)害等影響，電纜一般都能穩(wěn)定運行。電纜最容易出現(xiàn)故障的就是電纜之間的接頭和終端這類附件處。電纜附件的制作工藝要求很高，氣孔、雜質(zhì)等要嚴格控制在一定范圍內(nèi)，若達不到要求，電纜在運行過程中就很容易引起局部放電和絕緣擊穿。附件故障具體原因有以下幾個方面：

(1) 電纜的中間接頭、終端制作質(zhì)量不高。例如在剝離半導(dǎo)體、導(dǎo)線壓接、電纜接頭與密封、導(dǎo)體連接管壓接、終端或中間接頭金屬屏蔽層接地的制作過程中，工藝不符合相關(guān)技術(shù)要求，從而引起故障。

(2) 選材不當(dāng)很可能導(dǎo)致電纜附件的熱膨脹系數(shù)和本體相差較大，這就很容易造成電纜附件和本體不能同時收縮膨脹，致使密封性能降低，導(dǎo)致水分或空氣進入電纜附件中，造成短路故障的發(fā)生。

(3) 制作電纜接頭時忽視周圍環(huán)境濕度，導(dǎo)致?lián)舸┦鹿拾l(fā)生。電纜接頭制作過程中若周圍環(huán)境濕度過大則很容易破壞電纜的絕緣性能，甚至形成貫穿性通道，引起電纜擊穿。

1.3 電纜護層故障

電纜護層的存在是為了保護電纜主體免受侵蝕損壞。電纜敷設(shè)過程中一般都選擇最短路徑，因而很可能途經(jīng)各種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。電纜的外護套就是為了使有金屬護套的電纜免受環(huán)境侵蝕，對無金屬護套的電纜還能起到密封的作用。電纜護層還應(yīng)保證良好的絕緣性，使有金屬護層的電纜能保證對地絕緣，避免在金屬護層上形成感應(yīng)電壓。

電纜護層故障會引起金屬護層環(huán)流增大，對電纜傳輸容量構(gòu)成影響，也會導(dǎo)致空氣和水分與金屬護層接觸發(fā)生腐蝕反應(yīng)，進而危害電纜主體。電纜護層故障原因主要有以下3種：

(1) 電纜本體及附件在生產(chǎn)過程出現(xiàn)質(zhì)量問題，電纜護層有缺陷。

(2) 電力電纜施工時沒有嚴格按照工藝要求進行，施工質(zhì)量較差，導(dǎo)致護層故障。

(3) 由于市政、地鐵、房地產(chǎn)建設(shè)等野蠻施工，電纜護層受到外力破壞。

2 故障分析與故障點查找

2.1 電纜故障分析

電纜故障一般可分為高阻、低阻故障；閃絡(luò)、封閉故障；接地、短路、斷線，混合故障；單相、兩相、三相故障。電纜故障分析需要先判斷故障的類型，并根據(jù)故障的原因做進一步檢測，以節(jié)省時間，提高診斷效率。故障的粗測和精測也需要檢修人員根據(jù)實際情況進行選擇，這樣才能更為有效地掌握故障情況，從而有利于進行進一步的綜合診斷。

觀察故障現(xiàn)象并進行分析一般能對電纜故障的性質(zhì)進行初步判斷。比如說電纜發(fā)生的是短路故障還是接地故障能依據(jù)故障現(xiàn)象進行判斷，但具體是兩相短路還是三相短路亦或是混合故障則無法準確分析。對故障進行初步判斷后，就應(yīng)進行絕緣電阻的測定或?qū)ㄔ囼?，從而進一步判斷故障類型。測量絕緣電阻，就是使用兆歐表(1 kV以下的電纜用1 kV的兆歐表，1 kV以上的電纜用2 500 V的兆歐表)來測量電纜線芯之間和線芯對地的絕緣電阻；導(dǎo)通試驗則是將電纜的末端三相短接，用萬用表在電纜的首端測量線芯之間的電阻。

2.2 電纜故障測距

(1) 電橋法。電橋法是一種經(jīng)典測試方法，操作簡便、測量精確度高，適用于除高阻和閃絡(luò)型故障以外的其他故障檢測。這是因為一般靈敏度的電表無法檢測出高阻故障導(dǎo)致的微小電流。故障電阻甚至?xí)捎诠收宵c燒斷而升高，亦或是故障電阻過低導(dǎo)致永久短路，這都影響后期放電聲測法測定具體的故障點。

(2) 低壓脈沖反射法。運用低壓脈沖反射法測試時，向電纜注入一低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測量點被儀器記錄下來，通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質(zhì)。這種方法可用于測量電纜的低阻、短路與斷路故障。它通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差測距，因此比較簡單和直觀，同時不需要知道電纜的準確長度等原始技術(shù)資料。根據(jù)脈沖反射波形還可容易地識別電纜接頭與分支點的位置，但其不能用于測量高阻與閃絡(luò)型故障。

(3) 脈沖電壓法。高阻與閃絡(luò)性故障常用脈沖電壓法測定。這種方法使用了半個世紀之久，測定一直很精確。這種方法是對故障電纜通入直流高壓或脈沖高壓信號使故障處擊穿，通過測量觀察點和故障點之間脈沖電壓的間隔時間確定故障點位置。這種方法不需將故障點燒穿，且測試速度較快，測試過程也相對簡單、易于操作，因而對電纜故障檢測有重大貢獻。

2.3 故障點的精確定位

通過以上幾種方法進行電纜故障測定后，可對電纜故障發(fā)生的位置有一個模糊的定位，但進一步精確定位故障可使故障的排除工作更加便捷。在進行電纜故障精確定位前，要先了解電纜材料的具體信息、電纜敷設(shè)的方位走向以及接頭位置等。如果原始施工資料不齊全，即使知道電纜的故障距離，也不知道具體位置，則可借助電纜路徑探測儀先測定電纜的具體敷設(shè)路徑，再進行下一步的動作。

利用聲磁同步法可測定高阻和閃絡(luò)型故障發(fā)生的具體位置。在電纜一端施加高壓脈沖后，故障點會發(fā)生伴隨聲音信號和電磁信號的放電，由于交聯(lián)聚乙烯電纜內(nèi)部存在大量無規(guī)則的氣隙，放電時擊穿處發(fā)出的聲音會在電纜的填充物內(nèi)漫射。這種方法最好選擇在夜間比較安靜時使用，既能收到明顯的磁場信號，還可避免噪聲對放電聲音的影響，有利于監(jiān)聽具體的故障位置。

對于故障電阻小于10 Ω的低阻型的特別故障，放電聲微弱，甚至沒有放電聲，這時聲波檢測儀器就會喪失作用。這種情況下，可在電纜故障相注入沖擊電壓信號，沖擊電流經(jīng)過故障點后流回電源，由于電磁耦合作用會感應(yīng)出磁場，可通過電纜路徑儀器或磁場感應(yīng)儀器從電壓發(fā)射器的一側(cè)開始測量，磁場信號明顯變?nèi)趸蛲蝗恢袛嘞У牡胤骄褪枪收宵c。

3 結(jié)語

在高壓電纜故障中，電纜接頭處的故障占了比較大的比重，這種故障肉眼就能很快發(fā)現(xiàn)，易于檢測，而線纜中間段的故障檢測難度則比較大。作為現(xiàn)場測試人員，一定要加強學(xué)習(xí)，注意分析各種故障波形與正常波形的區(qū)別，在實際工作中認真總結(jié)、積累經(jīng)驗，提高故障分析與檢測的水平。

[1]戴靜旭，劉杰，王彥偉，等.高壓電纜故障原因分析及對策措施[J].高電壓技術(shù)，2004(Z1)

[2]劉軍.高壓電纜頭故障的防治對策[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2011(29)

2014-06-09

王永生(1981—)，男，吉林松原人，助理工程師，研究方向：電氣設(shè)備在線檢測。