論火電廠高壓電機電纜故障查找

文曉燕，郭希紅

（1.國電太原第一熱電，山西 太原 030012；2.國電山西潔能有限公司，山西 太原 030006）

在火電廠，6 kV電力電纜的大量使用，關于電纜故障的問題也就越來越得到人們的關注，如何快速查找到故障點，及時處理，給電廠提出了新的課題。由于電廠中6 kV電力電纜數量多，大多帶著重要負荷，有時停一臺6 kV電動機就要使單元機組的發電量損失50%以上。因此，探討6 kV電力電纜經常出現的故障問題就顯得非常必要。

1 電纜常見故障及產生原因

1.1 電纜常見故障

（1）短路、接地或閃絡擊穿故障：其中，短路接地又有高阻和低阻之分。接地電阻在10 kΩ以下的，被稱為是低阻接地故障，10 kΩ以上的，稱為高阻接地故障。

（2）開路故障：指電纜的導體芯線出現斷線，電纜各相導體的絕緣電阻符合規定，表現為單相或多相斷線。

1.2 常見故障產生的原因

電纜的薄弱環節是中間接頭和終端頭，主要是制作工藝、材料不當而帶來絕緣受潮、絕緣老化等缺陷。電纜本身也會因受到機械損傷而發生一些故障。

2 故障點的查找方法

電力電纜故障點的查找，首先需要根據故障發生的現象及一些簡單的試驗來判斷故障的基本性質，例如，是絕緣損壞或是導線斷線，是單相還是多相，屬于哪種故障等，根據這些初步判斷再來選擇合適的方法。現簡單介紹幾種常見的故障點的測量方法。

2.1 常見方法

（1）電橋法，是至今仍廣泛使用的一種方法。主要應用于單相接地和相間短路等電纜故障方面，優點是使用方便，誤差小。缺點是需要知道電纜準確長度，并要求電纜有一相絕緣良好等特點。電橋法是通過調節橋臂平衡所得數據與電纜總長度計算距離測點與故障點的長度。

（2）低壓脈沖反射法，用來探測斷線和低阻短路故障。將高頻率的低壓脈沖發送到電纜中使其傳播，直到遇到不匹配點及故障點，電磁波就會發生反射，反射脈沖被送回并接收到測量儀器中，這種方法叫低壓脈沖反射法。

（3）高壓脈沖反射法，用來探測高阻性短路或接地故障及閃絡性故障。該方法是采用施加直流電壓將電纜故障點瞬間擊穿，使故障點發生閃絡，然后通過測量波形來獲得測量端到故障點的距離。該方法的關鍵是判斷故障點是否擊穿放電。其存在以下缺點：燒穿電流大小不好掌握。把高阻燒成低阻并不容易，如果燒穿電流太小，不能達到擴大炭化通道使電阻下降的目的；燒穿電流太大，又可能使炭化通道因溫度過高而遭到破壞，電阻反而增高。

2.2 精確定點測量法

前面介紹的幾種常見故障點測量方法，存在一定的測試誤差。我們不可能把粗測范圍內的整段電纜處理。必須找出故障點的確切位置，精確定點誤差應不大于1m。

聲測法：聲測法主要是利用故障點放電時產生的聲音，用高靈敏度聲電轉換器放大成聲音信號和電流信號，通過耳機、儀表等在電纜線路上確定故障點。這種方法測量出的結果隨意性比較大，誤差較大，電纜埋地過深時測量難度大，但設備要求比較低。

聲磁同步法：故障閃絡放電時，電磁場的信號是以光速300m/μs，向其周圍傳播的，而聲音傳播速度為340m/s，由于聲磁信號的相差時間在數毫秒以內，聲、磁的接收儀器在接收這兩種信號時，認為這兩種信號從故障點發出時是同時的，這樣，探測的位置離故障點越遠，接受的兩種信號的時間差就越大。

3 實例分析國電太一發電廠六期4#循環泵電機6 kV電纜故障

2012年4月，國電太一發電廠六期循環泵房4#循環泵電機因機械故障停運檢修。修完送電前根據《電力設備預防性試驗規程》規定確認電纜的絕緣狀況良好。電纜絕緣測試值見表1。

表1 六期4#循環泵電機電纜絕緣測試

根據試驗結果，初步判斷電纜存在高阻接地故障。依據如下：

當試驗溫度在20℃時，橡塑絕緣電力電纜的絕緣電阻，額定電壓在6 kV及以上的應不小于100MΩ。

該電機電纜處于潮濕地方，歷史數據比較低。2005年3月11日（天氣晴，5℃），A相65MΩ；B相2 500MΩ；C相105MΩ。雖然一般的絕緣，通常溫度每下降10℃，其絕緣電阻約增加1倍。但這次與過去的歷史數據比較，變化大。并且同一電纜的各相相比，其數值也不應有較大的差別，電纜各相絕緣電阻的不平衡系數K=R max/R min=2 500/2也遠遠大于2，表示電纜存在缺陷。

根據《電力設備預防性試驗規程》規定，用兆歐表測量該電纜導體對地絕緣電阻，如有疑問時，必須用低于常規直流耐壓試驗電壓的直流電壓進行試驗，加壓時間1min。

直流耐壓試驗：A相能耐24 kV 1min，但泄漏電流為60mA電流，延長A相試驗時間，泄漏電流不變。泄漏電流超過有關要求。見表2。

表2 電纜的泄漏電流值

有關規程中對橡塑電纜及充油電纜的泄漏電流值未作規定，在實際中，可參考紙介質電纜的情況，對同等參數的電纜一般應＜2～5倍的紙介質電纜泄漏電流。

3.1 判斷電纜故障性質

（1）用2 500 V兆歐表搖電纜絕緣。測得相對地電阻值遠小于電纜正常的絕緣電阻值，可判別為高阻故障。

（2）直流耐壓預試。在電纜端分相加直流電壓，電纜的泄漏電流值隨預試電壓的升高而連續增大，或不成比例地急劇上升，并遠大于電纜的允許泄漏值。可判斷電纜有泄漏性故障。

3.2 故障點查找

根據上述分析，本次電纜故障屬于高阻接地故障，宜采用高壓脈沖法進行粗測。

反射脈沖原理：

Uf=m Ut

Uf：反射波電壓；

Ut：反射波電壓；

m：反射系數。

Z c:電纜線路波阻抗;

Z:電纜結點阻抗。

短路時Z=0，Uf=-Ut即反射脈沖為負反射。

斷線時Z=∞，Uf=-Ut形成正反射。

v：脈沖波傳播速度（m/s）；

T x：脈沖波至故障點發射和反射往返時間（s）。

接線見圖1，試驗變電器BS的高壓側經高壓二極管D整流產生直流電源，先對電容器C充電，充電到球隙G擊穿時，電容器上的電荷經故障點放電，持續一段時間，沖擊電流將使炭化通道電阻降低。充電電容C值可取2～10μF，應能承受20～30 kV電壓。球間隙放電電壓調到20～30 kV，放電時間間隔為1.5～6 s，放電太快易損壞設備，太慢則不易與環境噪音相區別。R為保護電阻（常用水電阻），電阻值一般取0.1～0.5MΩ。微安表是用于監視回路電流的。K是微安表的短路開關。

圖1 高壓脈沖法

正常情況下，當故障點沒有充分閃絡放電，在被測電纜及儲能電容允許耐壓條件下，可提高直流高壓電源的直流輸出電壓，同時增大球隙間距。如果在電壓不能再升高的情況下，可增大儲能電容的容量（并聯電容），但此時，應注意直流高壓電源的容量承受能力。一般來講，在電壓一定的條件下，儲能電容越大，要求直流高壓電源的容量越大。可保證在放電瞬間釋放出足夠的能量。在故障點間隙擊穿時電容瞬間沖擊放電，就可以獲得足夠的聲能，更準確定位。

在加壓過程中，我們時刻注意泄漏電流表的指示及加到電纜上的電壓值。當直流電壓加到某一數值時（電纜允許的最大電壓范圍內）泄漏電流表突然增大或來回擺動說明故障點已閃絡放電，此時在測試端形成直閃電壓測試波形。

3.3 精確判斷故障點

為了精確判斷故障點，我們用了聲測法。它的原理是當電纜故障點在高電壓作用下產生閃絡放電的同時存在四種物理現象，即回波、聲波、電磁波、紅外波等。聲測儀原理圖見圖2，它是利用故障點放電時所產生的聲波現象，故障點處有振動聲音最大，離故障點越遠，振動聲音越小，從而可最終確定地埋電纜故障點在1m以內范圍。

圖2 聲測法定點儀原理圖

有些儀器設備存在盲區（指的是從儀器到電纜某一點，這一段電纜中的故障不能正確測試判斷）。怎樣才能更好地聽到反射信號：由于電纜存在損耗，故障點距離測試端越近，其反射信號幅值越大，距測試端越遠，其反射信號回到測試端幅值越小。距測試端越近的故障點，其測試泄漏性故障點的范圍也就越大。因此，在進行電纜故障測試時，當故障聲音很小時，可通過從兩端進行測試，然后再從兩端丈量得出準確的故障距離。

經測試故障距離為273m處，為中間接頭。故障原因：中間接頭制作工藝粗糙，密封不嚴，電纜所處環境潮濕，由于毛細現象等原因，絕緣受潮，爬電嚴重。重做中間接頭后，測三相對地及相間絕緣均為2 500MΩ，做交流耐壓試驗合格。

4 總結

在火電廠中，6 kV電力電纜應用廣泛，為了確保電纜和機組的安全運行，應及時對電纜的各種故障進行處理。因直流耐壓和交流耐壓試驗是預防性試驗中的破壞性試驗，可能會對電纜絕緣造成一定的破壞。因此，做預防性試驗時，需保存好原始試驗資料，以備與以后的試驗數據進行比較，分析判斷。當電纜主絕緣絕緣電阻數值，與歷史試驗數據比較且變化不大又都在合格范圍時，就不再做直流耐壓試驗。只有當有疑問時或新制作終端頭和新制作中間接頭才需對電纜做交流耐壓試驗。這樣就可以最大限度地保護電纜，延長電纜的使用壽命。