探析電力電纜故障的檢測技術(shù)及其運(yùn)用

宋唯寧 杜海超 趙晨伊

（國網(wǎng)長春供電公司電纜運(yùn)檢室 吉林長春 130000）

探析電力電纜故障的檢測技術(shù)及其運(yùn)用

宋唯寧 杜海超 趙晨伊

（國網(wǎng)長春供電公司電纜運(yùn)檢室 吉林長春 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技術(shù)及其運(yùn)用進(jìn)行了探析。

電力電纜；故障；檢測技術(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，會導(dǎo)致電氣事故發(fā)生頻繁，帶來巨大損害。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，長期過負(fù)荷運(yùn)行，會出現(xiàn)絕緣層老化變質(zhì)而導(dǎo)致絕緣性能下降的現(xiàn)象。絕緣老化常見的有電場作用、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 過電壓

過電壓主要分為大氣過電壓和電纜內(nèi)部過電壓。一般情況，對于擁有良好絕緣介質(zhì)的電纜能承受操作過電壓或者大氣過電壓，但實(shí)際故障進(jìn)行分析，許多戶外終端頭在遭受雷擊時被擊穿的情況并不少見，也就是說電纜超過所能承受的電壓值會發(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)過程造成損壞，如電纜彎曲過度造成絕緣保護(hù)層破損，機(jī)械牽引力過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，也會使絕緣受潮。這些情況最終都會使電纜的絕緣強(qiáng)度大大下降從而導(dǎo)致電纜故障。

2 電力電纜故障分類

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

2.1 低阻接地或短路故障

常見的有單相低阻接地、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)別就是識別起來比較方便，用低壓脈沖法即可檢測出低阻反射波。

2.2 閃絡(luò)性故障

當(dāng)進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)時，電壓超過某一數(shù)值，就會成絕緣擊穿，稱之為閃絡(luò)性故障。這類故障多數(shù)在預(yù)防性耐壓試驗(yàn)時發(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

相對于低阻故障，這類故障發(fā)生的幾率相對高，占全部電纜故障比例的80％左右。電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯對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)類型所采用的測試方法也不相同，如表1所示。

表1 電纜故障分類及測試方法選擇

3 測尋電力電纜故障步驟

對于各類電力電纜故障，一般按如下四個步驟進(jìn)行測尋：

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)定位就是從檢測端到電纜另一端，然后從電纜另一端返回。

3.3 電纜故障測距

對于故障測距，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)，常用的故障測距方法有行波法和電橋法。如今，故障測距裝置的測距誤差一般在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)行測距時便于理解，需要將速度傳播值和傳播時間結(jié)合起來分析。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

簡單操作是時阻抗法最大的特點(diǎn)，它與經(jīng)典法關(guān)系密切。這種測試方法通過比例和電橋平衡得出結(jié)果。它的缺點(diǎn)是測量阻力過大的電纜和過于復(fù)雜的故障無法順利進(jìn)行檢測。目前已經(jīng)有了對應(yīng)的解決措施，這種措施能一定程度上提高其適用性，但同時也會增強(qiáng)其信號干擾和增加誤差。

4.3 電力電纜測距法

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)代測試方法，非常適合高阻測距，在測距的過程中，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)典電橋法是使用時間最長的一種方法，一直沿用到現(xiàn)在。它多用于故障檢測中的單相接，其原理主要是將要將非故障與故障導(dǎo)體連接起來，形成一個小橋，然后調(diào)節(jié)其他狀態(tài)達(dá)到平衡，這時可以通過電阻等狀態(tài)的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，確定平衡之后，就可以進(jìn)行測量，通過橋臂的電阻比推算出來測試結(jié)果。這種方法雖然歷時很長且經(jīng)典，但隨著時代發(fā)展，這種方法逐漸跟不上電力事業(yè)的要求，已經(jīng)被時代淘汰。

4.3.3 其他方法

電力電纜測距方法，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。充分利用高電壓對故障點(diǎn)的作用，使其不斷放電，然后進(jìn)行測距，這是閃絡(luò)法的原理。閃絡(luò)法又分直閃法和沖閃法，其中直閃法簡單，沖閃法復(fù)雜，而且直閃法測距更為精準(zhǔn)。低壓脈沖法操作特點(diǎn)是范圍較小，迅速簡單，低壓脈沖法的主要測試對象時低阻測距，通過脈沖訊號確定故障點(diǎn)，使用不僅方便，而且簡單。有助于迅速判斷故障位置，非常適合低阻測距，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故障點(diǎn)的進(jìn)行測定，其又分為復(fù)雜的沖閃法和簡單的直閃法，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量，但十分適合檢測開路故障。

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距方法，將測距方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合，可以存儲大量電纜信息，可以在測試時迅速智能識別。國外早已研究出電纜在線測距方法，利用GIS方式將故障點(diǎn)完整呈現(xiàn)和一一對應(yīng)。如今，電力電纜在線測距方法依然需要進(jìn)一步的研究和提高，我國應(yīng)更加完善在線測距方法。

綜上，電力電纜具有傳統(tǒng)電纜不具備的優(yōu)勢，但還是存在一定的問題，所以需要進(jìn)行電力電纜故障診斷和檢測。首先確定故障產(chǎn)生的原因，才能進(jìn)行診斷和檢測，從而保證電力電纜運(yùn)行的安全性，為中國的電力安全事業(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)測及故障診斷技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2015，04：1194～1203.

[3]錢石，王天雷，陳完年，王小東，康獻(xiàn)民，王大承.電力電纜檢測技術(shù)探討[J].五邑大學(xué)學(xué)報（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。