探析電力電纜故障的檢測(cè)技術(shù)及其運(yùn)用

宋唯寧 杜海超 趙晨伊

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司電纜運(yùn)檢室 吉林長(zhǎng)春 130000）

探析電力電纜故障的檢測(cè)技術(shù)及其運(yùn)用

宋唯寧 杜海超 趙晨伊

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司電纜運(yùn)檢室 吉林長(zhǎng)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(duì)電纜故障進(jìn)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(cè)技術(shù)及其運(yùn)用進(jìn)行了探析。

電力電纜；故障；檢測(cè)技術(shù)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電纜廣泛應(yīng)用于全國(guó)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(duì)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(dāng)處理，會(huì)導(dǎo)致電氣事故發(fā)生頻繁，帶來(lái)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(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)絕緣層老化變質(zhì)而導(dǎo)致絕緣性能下降的現(xiàn)象。絕緣老化常見(jiàn)的有電場(chǎng)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(guò)電壓

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

1.3 機(jī)械損傷

機(jī)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(guò)大拉力導(dǎo)致中間接頭或?qū)w的斷裂；②直接受外力作用損壞，如搬運(yùn)、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(guò)程造成損壞，如電纜彎曲過(guò)度造成絕緣保護(hù)層破損，機(jī)械牽引力過(guò)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(dá)標(biāo)準(zhǔn)，如機(jī)械強(qiáng)度不足，選材不夠合適等。產(chǎn)品質(zhì)量缺陷表現(xiàn)在三點(diǎn)：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(huì)造成水分侵入，電纜護(hù)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(huì)使絕緣受潮。這些情況最終都會(huì)使電纜的絕緣強(qiáng)度大大下降從而導(dǎo)致電纜故障。

2 電力電纜故障分類(lèi)

根據(jù)電纜的故障性質(zhì)，按試驗(yàn)結(jié)果分為以下幾類(lèi)：

2.1 低阻接地或短路故障

常見(jiàn)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(shí)別起來(lái)比較方便，用低壓脈沖法即可檢測(cè)出低阻反射波。

2.2 閃絡(luò)性故障

當(dāng)進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)時(shí)，電壓超過(guò)某一數(shù)值，就會(huì)成絕緣擊穿，稱之為閃絡(luò)性故障。這類(lèi)故障多數(shù)在預(yù)防性耐壓試驗(yàn)時(shí)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(duì)于低阻故障，這類(lèi)故障發(fā)生的幾率相對(duì)高，占全部電纜故障比例的80％左右。電纜一芯或數(shù)芯對(duì)地絕緣電阻或芯對(duì)芯之間的絕緣電阻低于正常值很多但高于100kΩ而且導(dǎo)體連續(xù)性較好。

2.4 開(kāi)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(lèi)型所采用的測(cè)試方法也不相同，如表1所示。

表1 電纜故障分類(lèi)及測(cè)試方法選擇

3 測(cè)尋電力電纜故障步驟

對(duì)于各類(lèi)電力電纜故障，一般按如下四個(gè)步驟進(jìn)行測(cè)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(jìn)行故障的預(yù)定位的方法，以便選擇合適的電纜故障測(cè)距和定點(diǎn)方法。

3.2 故障預(yù)定位

故障預(yù)定位就是從檢測(cè)端到電纜另一端，然后從電纜另一端返回。

3.3 電纜故障測(cè)距

對(duì)于故障測(cè)距，需要找出故障電纜的敷設(shè)路徑和埋設(shè)深度，便于進(jìn)行精確定點(diǎn)，常用的故障測(cè)距方法有行波法和電橋法。如今，故障測(cè)距裝置的測(cè)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(diǎn)

故障點(diǎn)的定點(diǎn)，也就是確定故障點(diǎn)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(jìn)行定點(diǎn)。

4 檢測(cè)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(jìn)行測(cè)距時(shí)便于理解，需要將速度傳播值和傳播時(shí)間結(jié)合起來(lái)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(jiǎn)單操作是時(shí)阻抗法最大的特點(diǎn)，它與經(jīng)典法關(guān)系密切。這種測(cè)試方法通過(guò)比例和電橋平衡得出結(jié)果。它的缺點(diǎn)是測(cè)量阻力過(guò)大的電纜和過(guò)于復(fù)雜的故障無(wú)法順利進(jìn)行檢測(cè)。目前已經(jīng)有了對(duì)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(shí)也會(huì)增強(qiáng)其信號(hào)干擾和增加誤差。

4.3 電力電纜測(cè)距法

4.3.1 高壓脈沖法

高壓脈沖法是一種遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了經(jīng)典法的現(xiàn)代測(cè)試方法，非常適合高阻測(cè)距，在測(cè)距的過(guò)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(jìn)行故障點(diǎn)位置的準(zhǔn)準(zhǔn)計(jì)算。這種方法適用范圍非常廣泛，需要專業(yè)的人員進(jìn)行操作。

4.3.2 經(jīng)典電橋法

經(jīng)典電橋法是使用時(shí)間最長(zhǎng)的一種方法，一直沿用到現(xiàn)在。它多用于故障檢測(cè)中的單相接，其原理主要是將要將非故障與故障導(dǎo)體連接起來(lái)，形成一個(gè)小橋，然后調(diào)節(jié)其他狀態(tài)達(dá)到平衡，這時(shí)可以通過(guò)電阻等狀態(tài)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，確定平衡之后，就可以進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)橋臂的電阻比推算出來(lái)測(cè)試結(jié)果。這種方法雖然歷時(shí)很長(zhǎng)且經(jīng)典，但隨著時(shí)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(shí)代淘汰。

4.3.3 其他方法

電力電纜測(cè)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(diǎn)燒穿法、低壓脈沖法和二次沖脈法。充分利用高電壓對(duì)故障點(diǎn)的作用，使其不斷放電，然后進(jìn)行測(cè)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(jiǎn)單，沖閃法復(fù)雜，而且直閃法測(cè)距更為精準(zhǔn)。低壓脈沖法操作特點(diǎn)是范圍較小，迅速簡(jiǎn)單，低壓脈沖法的主要測(cè)試對(duì)象時(shí)低阻測(cè)距，通過(guò)脈沖訊號(hào)確定故障點(diǎn)，使用不僅方便，而且簡(jiǎn)單。有助于迅速判斷故障位置，非常適合低阻測(cè)距，缺點(diǎn)是適用范圍有限。閃烙法借助了高電壓的放電作用對(duì)故障點(diǎn)的進(jìn)行測(cè)定，其又分為復(fù)雜的沖閃法和簡(jiǎn)單的直閃法，其中直閃法更加精確嚴(yán)謹(jǐn)。使用故障點(diǎn)燒法需要根據(jù)電纜選材來(lái)判斷，故障點(diǎn)燒法本質(zhì)是化高阻為低阻，將故障點(diǎn)燒穿，再用低壓脈沖法即可得出測(cè)試結(jié)果，缺點(diǎn)也是適用范圍有限。二次脈沖法雖然使用直觀簡(jiǎn)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(cè)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(cè)量，但十分適合檢測(cè)開(kāi)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(cè)距方法，將測(cè)距方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合，可以存儲(chǔ)大量電纜信息，可以在測(cè)試時(shí)迅速智能識(shí)別。國(guó)外早已研究出電纜在線測(cè)距方法，利用GIS方式將故障點(diǎn)完整呈現(xiàn)和一一對(duì)應(yīng)。如今，電力電纜在線測(cè)距方法依然需要進(jìn)一步的研究和提高，我國(guó)應(yīng)更加完善在線測(cè)距方法。

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

[1]鮑永勝.電力電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[D].北京：北京交通大學(xué)，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(hù)層電流在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2015，04：1194～1203.

[3]錢(qián)石，王天雷，陳完年，王小東，康獻(xiàn)民，王大承.電力電纜檢測(cè)技術(shù)探討[J].五邑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(yùn)檢及施工管理工作。