化工企業電力電纜故障定點測試

楊 斌，韓文龍，劉樹祥

（1.中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008；2.大慶石化公司，黑龍江 大慶 163714）

0 引言

隨著我國現代化建設的蓬勃發展，化工企業的高低壓線路以電纜為主。因此，保證電力電纜的安全運行和及時正確排除故障迅速恢復供電是一項重要的工作。

電力電纜故障檢測是通過一系列的有效的方法查找出系統中故障電纜的故障點。由于電纜一般都是深埋在地下或電纜橋架內，無法通過沿著電纜的表面去試探其故障點，所以只能通過一些其他的手段對它進行檢測。 隨著電纜的高阻故障不斷增多，過去使用的電橋法、音頻感應法等已不能滿足需要，因為使用以往的故障探測方法對于高阻故障必須經過“燒穿”才能進行探測，目前在國內外已發展為使用脈沖反射，即閃測法等多種簡易精確的故障探測法，使得電纜故障的探測大量的節約了時間和人力。

1 交聯聚乙烯電纜故障檢測

1.1 電纜故障點的位置的粗測

交聯聚乙烯電力電纜出現故障后，要對其故障點進行粗測，就是探測出故障點到電纜任意一端的距離。 過去使用的方法是先將高阻故障燒穿成低阻故障后再用電橋法或低壓脈沖法進行粗測。這種方法進行燒穿費時間、人力和電力，而且需要龐大的設備，所以現在探測電纜故障時，不再將高阻故障燒穿，而是直接對故障點加直流或沖擊高壓，使之閃絡，然后再通過閃絡脈沖反射測出故障點的位置。

1.2 閃絡測距法

根據電力電纜故障點的電阻的高低，施加不同的直流或沖擊電壓，使故障點放電打火產生閃絡。故障點的閃絡將產生躍變電壓（即脈沖電壓），這個躍變電壓以電波的形式在故障點和電纜的終端之間往返反射，在電纜的終端將電波記錄下來，便可根據電波波形判斷電波往返反射的時間，再根據電波在電纜中傳播的速度換算出故障點到測試端的距離。

1.2.1 低壓脈沖法

應用范圍。 有些交聯聚乙烯電力電纜的故障電阻較低，可能在100 Ω以下，有時還有可能有斷線故障。對于這些故障，可以不用高壓閃絡法探測，因為采用低壓脈沖法更為方便。 用低壓脈沖反射法測定電纜是斷線還是短路故障，并同時測量電纜的全長，有時也用此法核對電波在電纜中的傳播速度。

故障點位置的計算與實測的故障波形。 由上述分析可知，閃測儀中設有低壓脈沖產生器，用以向電纜中發送矩形脈沖，測出的發送脈沖與反射脈沖間的時間差T，即電波在測試端到故障點之間往返傳播一個來回所需的時間，就可以算出故障點的位置。 圖1為使用低壓脈沖法進行測量得到的故障波形。

圖1 低壓脈沖法典型故障波形

1.2.2 沖擊高壓閃絡法（沖閃法）

應用范圍。當故障點處形成貫穿性通道或故障電阻不很高的情況下，有兩種場合，不能使用直流閃絡法。 第一，隨著電壓的慢慢增加，只是漏泄電流逐步增大，而故障點卻不閃絡；第二，由于漏泄電流不斷增大，而使試驗設備的使用容量受到限制，或由于試驗設備的內阻很大，導致故障點加不上高壓，電壓全降在試驗設備的內阻上。遇到上述情況時，必須采用沖擊高壓閃絡法。實際測尋過程中的統計表明，運行中的交聯聚乙烯電力電纜故障有70%以上需要用沖閃法進行粗測。

典型的故障波形。

1）故障點距離測試端有一定距離（數百米）時的故障波形，如圖2所示。圖2反映了沖閃波的全貌，可根據其前面一段波形上是否疊加有高頻尖脈沖來判斷故障點是否閃絡放電。

2）故障點在測試端的另一端及其附近時的故障波形，如圖3所示。此波形與典型波形的不同之處，在于第一個正脈沖之前還有一個負脈沖。這是因為向電纜施加負沖擊高壓時，故障點處負高壓的上升要有一個過程，故障點處的電力過程也需要一段時間。所以在故障點放電之前，電波已在另一端被反射，并越過故障點而傳到測試端，從而導致測試回波正脈沖前出現負脈沖。

圖2 故障點距離測試端有一定距離的波形

圖3 故障點在測試端的另一端的波形

3）故障點靠近測試端時兩者距離小于40 m的故障波形，如圖4所示。計算故障點距測試端距離Lx時，先數出在1 μs內故障點和測試端之間，故障波的往返次數m，根據Lx=80/m計算。

圖4 故障點靠近測試端時波形

有時，加沖擊高壓時故障點不放電或放電不充分，特別是在較大面積受潮的電纜中更易發生此現象。消除這種現象的辦法是，加大儲能電容器的放電量Wc。根據公式Wc=CV2/2進行分析，加大該電容器的放電容量C和提高故障點的放電電壓V，均可增大Wc，即提高故障點的放電能量；但在儲能電容器的電容量C足夠大的情況下，則以提高放電電壓V效果更為顯著。對于電纜較大面積受潮的故障，可以通過適當的“燒穿”來改變故障性質，以使故障點能夠閃絡放電。

2 電力電纜故障精確定點

電纜故障一般要進行大致的定位再進行精確定位。電纜故障的精確定點，也是根據是高阻故障還是低阻故障而采取不同的方法。對于高阻故障，一般用聲測法定點；對于低阻故障（金屬性接地故障除外），雖也可用聲測法定點，但效果（響度）比較差，故主要用音頻感應法定點。

2.1 聲測法

用聲測法定點時，首先要用一個能使故障點產生規則放電的裝置，使故障點放電；然后，在粗測所得的故障點位置之后，用接收故障點放電的裝置（即定點儀）來確定故障點的精確位置。

用聲測法對故障電纜進行精測時儀器的使用要點。

1）有時電磁波也會竄入形成假信號，對于假信號，耳機中不會出現聲響最大的情況，故聽測時應區別真信號和假信號。

2）有時由于環境干擾大，使得故障點放電閃絡時傳給探頭的振動波很弱，從而使定點比較困難，這時，可以利用放電閃絡時同時發射電磁波和振動波這一特點，使用兩臺定點儀，一臺之探頭工作于“定點”檔，一臺的探棒工作在“路徑”檔，在兩臺定點儀的耳機中同時聽到“啪……啪”的振動波信號聲響后，移動兩定點儀，探頭工作在“定點”檔的定點儀的耳機中聲響最大時，探頭所在的位置即為對應的電纜故障的準確位置。

3）在定點儀的耳機中聽到“啪……啪……”的振動波信號聲響后，應逐步減小定點儀的輸出音量，和逐步縮小聽測范圍，最后在地面上確定一個聲響最大的點，此點即對應于電纜故障點的準確位置。

聲測法定點的過程。用閃測儀粗測電纜故障點的距測試端的距離之后，在地面上沿用已知電纜路徑，在粗測所得的故障點位置附近，用定點儀進行準確定點。

2.2 音頻感應法

音頻感應法一般用于探測故障電纜電阻小于10 Ω的低阻故障。 探測時，通常先用低壓脈沖反射法，對低阻電纜故障進行粗測，找出故障點的大概位置，然后用音頻感應法進行精測。在用聲測法進行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點，這時便需用音頻感應法進行特殊的測量。

2.2.1 定點的應用范圍

用音頻法對兩相短路或兩相短路并接地故障，以及三相短路或三相短路并接地故障進行測尋，都能獲得滿意的效果，一般測尋所得的故障點位置之絕對誤差為1～2 m。其它類型故障，如一相或兩相斷線，單相接地等故障位置，若采用特殊探頭，也能用音頻感應法準確的測出來。

2.2.2 各種故障的探測方法

電纜相間短路（兩相或三相短路）故障的探測方法。用音頻法探測相間短路（兩相或三相短路）故障的故障點的位置時，向短路芯線通以音頻電流，在地面上用接收線圈（電感式）接收信號，送入接收機進行放大；再用耳機聽測信號的變化，直到信號中斷；此時，探頭的地面位置即對應于實際故障點的位置。相間短路及相間短路并接地的故障點的位置，用音頻感應法測尋比較靈敏。

單相接地故障的測尋方法。測尋單相接地故障的故障點的位置時，將音頻信號發生器接在故障相與地之間，相地之間通入音頻電流，電流通過故障點鉛皮后分成兩路，一路由故障點直接返回測試端，另一路經由鉛皮和大地而流向故障電纜另一端，再經過大地返回測試端，這就使全電纜線路均有音頻信號通過。

3 結語

高壓交聯聚乙烯電力電纜故障的各種故障探測方法，實際上也是其它高壓電力電纜故障出現故障后的探測方法。這些故障探測方法有各種各樣，低阻故障時通常用低壓脈沖法來探測。 在交聯電力電纜出現故障后，先進行粗測，把其故障點范圍確定在幾十米或十幾米的范圍內，然后在粗測的結果范圍內進行精確定點。