F-406 電力電纜故障測試儀的實際應用

夏春雷

（上海能源發電廠 江蘇 徐州 221611）

電力電纜是電能最重要的傳輸設備，承擔著通迅、控制、監控、電力輸送等重要作用，電力電纜的安全與否直接關鍵到電力系統的安全。 然而，由于電纜在制造工藝中存在的缺陷、絕緣材料不符合要求、自然界的外力腐蝕老化、電網過電壓、人為破壞等因素，總是出現各種各樣的不安全狀況導致電纜故障。 電纜故障根據絕緣電阻故障性質可分為開路故障、短路故障、高阻閃絡性故障和高阻泄漏性故障等；根據電纜故障發生的方式分為擊穿故障和運行擊穿故障。 盡管造成電纜故障的原因很多，但只要根據故障類型的特點采用相應的測試方法， 仍然能準確確定故障點并分析出故障原因，從而采取相應的措施，有針對性的避免同類電纜事故的發生。

上海能源發電廠應用F-406 電力電纜故障測試儀，利用正確的操作方法，成功查找出#1、2 機輸煤變高壓側（6kV）電纜的接地故障點，為盡快恢復設備正常運行提供了保障。

1 F-406 電力電纜故障測試儀的介紹

F-406 電力電纜故障測試儀采用時域分析法測試各種電壓等級（35kV 以下）電纜的低阻、短路、斷路、高阻泄漏故障和高阻閃絡故障。 它是一款便攜式智能電纜故障檢測儀器，它以筆計本電腦為主機，配以USB 接口的數據采集器，其體積較小重量較輕。 各種參數的設置、儀器工作狀態顯示、波形的壓縮和擴展通過光標和熱鍵能方便完成。 它具有多種測試方法，低壓脈沖法、沖擊高壓電流取樣法、直流高壓閃絡法。采用Windows 平臺的軟件，操作簡單。雙通道同屏對比數據處理技術，有利于波形分析和故障判斷，其測量準確，智能化程度較高。 它采集的測試波形清晰，回波拐點明顯，特別容易判斷故障距離。

儀器根據雷達測距原理，向電纜發射一個低壓或高壓脈沖。 當遇到特性阻抗不匹配的地方時，就會產生發射波，儀器以極高的速度將發射波形和反射波形采集下來并顯示在屏幕上，用雙游標卡在波形的兩個特征拐點上，再根據電波在電纜中的傳播速度，便可測出故障點到測試點的距離。

S=VT/2

S：故障點距測試端的距離。

V：電波在電纜中的傳播速度。

T：電波在電纜中故障點與測試端間一個來回傳播所需時間。

這樣，在V 和T 已知的情況下，就可計算出S，即故障點距測試點的距離。 這一切只需稍加人工干預（用雙游標卡在波形的特征拐點上）就可由計算機自動完成，測試電纜故障迅速準確而且十分方便。

2 我廠6kV 電纜故障時的初步檢查

2011-11-13 凌晨，#1、2 機6kV 一段母線接地故障報警，#1、2 機輸煤變高壓側6kV 斷路器電壓A 相指示電壓為零。斷開#1、2 機輸煤變高壓側6kV 斷路器， 母線接地故障隨即消失。 將#1、2 機輸煤變由運行改為檢修狀態，電氣技術人員拆除#1、2 機輸煤變高壓側和6kV 母線室開關側電纜， 分別對電纜和變壓器搖測絕緣，絕緣電阻如表1。

表1

由表1 可以看出，故障點在#1、2 機輸煤變高壓側電纜A相，且為金屬性接地。 首先，用QJ23A 單臂電橋進行粗測，利用電纜導體電阻與導體長度成正比的原理；測得A 相首端對地電阻R13=1.63Ω；A 相尾端對地電阻R23=0.81Ω，由此可以推斷故障點靠近#1、2 機輸煤變室。

由于單臂電橋測量的誤差較大，幾次測量都存在相當的誤差，不能做準確定位故障點的依據，只能判斷故障為金屬性接地。 查閱#1、2 機輸煤變相關資料，電纜為交聯聚乙烯電纜、截面積95mm2、長度285 米。 沿電纜走向尋查發現兩處電纜溝蓋板被重車壓碎并坍塌，清理這兩處發現電纜支架嚴重變形，多根電纜受擠壓嚴重電纜外護套多處受損。 電纜溝內高壓電纜較多并都在運行狀態，利用原始的敲擊聽音法確定出故障電纜。 由于是金屬性接地故障，導體及屏蔽已與地網導通，解開電纜兩端屏蔽接地并懸空，測量電纜對地直流電阻，同時晃動電纜受損處，觀察電纜對地直流電阻值沒有變化，說明電纜接地故障點不在這兩處。

3 利用F-406 電力電纜故障測試儀對故障點進行排查

圖1 采用低壓脈沖法

圖2 被測試電纜，A 相接測試線

由于故障點為金屬性接地，利用F－406 電力電纜故障測試儀的低壓脈沖法進行測量， 選擇電纜種類交聯聚乙烯電纜、 采用波速172m/μs、 由于電纜小于2km 采樣頻率選擇48kHz，點擊采樣鍵儀器進入自動采樣，數據是連續的，調節儀器的幅度和位移旋鈕，使觀察采集到的波形幅度、位置及特征最清楚。 測量完故障相后，在同樣的測試條件下選擇正常相B 相進行測量，并錄取波形。 由于電纜三相之間長度相同、材料相同、工藝相同、測試條件相同，因此具有非常的可比性，根據正常相發射波與終端開路反射波的時差，測電纜全長為255 米，與現場跨步實測值相近。 此時比對故障相與正常相脈沖波形，鎖定電纜故障點在距6kV 母線室214 米的位置，此位置現場電纜蓋板完好，目測無故障現象。 再次利用測量故障相對地電阻的方法，晃動電纜可疑點，發現電阻值突變為無窮大，說明故障點就在此處。 由圖可以看出，電纜由于長期放置在棱角比較尖銳的角鐵上，在各種外力長期作用下，角鐵逐漸穿破外護套、鋼鎧、內護套、主絕緣最后導致擊穿放電形成金屬接地。 使用F-406 電力電纜故障測試儀對故障點檢測的距離與我們實際測量的距離誤差在40cm 范圍內，故障點判斷準確，給故障的處理帶來了方便。

圖如下：

圖3 電纜故障點現象

圖4 電纜故障點位置接觸的角鐵尖端

此外，該電纜故障測試儀的沖擊閃絡法主要用于高阻故障， 電力電纜的高阻故障幾乎占電纜故障率的90%以上，高阻故障是絕緣介質的絕緣強度下降所致，因為故障點的阻值高，測量電流小，所以既使使用靈敏的儀表也難以測量，根據絕緣介質的電擊穿現象出發， 只要對電纜加足夠強度的電壓，故障點就會擊穿，故障點就會被電弧短路，在故障點放電的前后，電壓會產生躍變，由于介質擊穿，其電離過程需要一段時間，而弧光放電一般要持續數百微秒到幾個毫秒，因此躍變電壓在整個放電期間就會以波的形式在故障點和電纜頭之間來回反射，把瞬變電壓和來回反射的波形記錄下來，便可以測量電波來回反射的時間，再根據波在電纜中的傳播速度，就可以計算出故障點的實際位置。

4 結論

電纜故障的粗測定位技術非常成熟，但精度很低，而行波在電纜傳播的折反射技術是非常先進的，對故障點的精確定位可以將誤差控制在40cm 之內， 但在實際操作中還要注意電纜走向和型號，以便更加準確地找到故障點，提高故障測尋的效率。 本次電纜故障的查找，是電纜故障測試儀的實際運用，并綜合運用了多種方法，避免了因故障點不能定位而產生的電纜報廢，或利用排除法而導致電纜多斷點需重新制作中間接頭的大量工作， 為設備投入正常運行節約了時間，節省了大量的人力、物力、財力。