電力電纜故障分析與探測

馬文立+吳昊+王曉文

摘 要：隨著我國家電網(wǎng)的不斷更新改造，新型現(xiàn)代化電力設(shè)備得到更好的應(yīng)用，高壓電力的應(yīng)用也逐漸增多，為提高電力故障檢修效率，保證供電的可靠性，需要對出現(xiàn)故障的位置快速準(zhǔn)確探測，電力電纜維護(hù)的日常工作情況對運行中產(chǎn)生的故障進(jìn)行探測，本文主要分析電力電纜在實際操作過程中出現(xiàn)的故障，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用，檢驗脈沖法對電纜故障探測的準(zhǔn)確程度，探討電力故障的排除方法和技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電力電纜；故障探測；脈沖法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.145

0 引言

目前我國社會經(jīng)濟(jì)快速增長，現(xiàn)代化生產(chǎn)中需要使用大量的機電設(shè)備，人們生活對電力的需求與日俱增，國家電網(wǎng)在運行標(biāo)準(zhǔn)不斷提升的同時加強對電力傳輸設(shè)備、電力設(shè)施的升級；新型電力電纜相比傳統(tǒng)電纜具有更加安全高效和運行更加穩(wěn)定的優(yōu)點；電力電纜具有安全、可靠的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。但由于電力電纜常埋于地下，受機械損傷和絕緣老化等問題導(dǎo)致電纜常發(fā)生短路故障，隨著城市電網(wǎng)的開展，電力電纜故障測試技術(shù)成為供電部門日益關(guān)注的問題，供電過程出現(xiàn)電纜故障時可以及時對故障節(jié)點進(jìn)行迅速定位是維護(hù)電力電纜正常運行的關(guān)鍵。

1 電力電纜常見故障原因

1.1 電纜電力絕緣和保護(hù)層受損

在煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件下，電纜絕緣體長期在高溫和強電壓的作用下，電纜本身的電阻發(fā)生變化，導(dǎo)致絕緣效果降低而引起絕緣老化，絕緣體的老化故障遇到空氣中的臭氧或腐蝕絕緣過熱導(dǎo)致絕緣老化變質(zhì)，過熱電纜安裝于電纜密集地區(qū)，會導(dǎo)致通風(fēng)不良導(dǎo)致電纜本身過熱而絕緣加速。電力電纜外表的保護(hù)層容易受到侵蝕，電力電纜鋪設(shè)路段附近的地下電場有極強的腐蝕性，鉛保護(hù)層受潮容易引起線纜斷裂而引發(fā)短路，是造成電纜電力故障的常見原因之一。

1.2 電纜本身質(zhì)量和操作問題

電力電纜在設(shè)計時沒有按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在制作中使用劣質(zhì)材料，不合理的電場分布和違規(guī)操作是造成電力故障的主要原因，電纜本身質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：電纜在制作時的絕緣部位包裹出現(xiàn)破損或不平整等問題，電纜附屬設(shè)備在制造中出現(xiàn)電纜金屬表面粗糙；電纜零件設(shè)計達(dá)不到技術(shù)要求發(fā)生的泄露問題；電纜絕緣體和絕緣層受潮造成的電力電纜故障。在鋪設(shè)電力電纜工程作業(yè)中，相關(guān)操作人員未按照規(guī)定施工，靠近電力電纜管線進(jìn)行施工容易造成電力電纜破損；加上長時間的電力電纜線路收到侵蝕后電纜出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電力崩潰，成為電纜發(fā)生故障的原因，給人們的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。

1.3 電壓超過電纜承壓

電纜在架設(shè)工程完成后沒有進(jìn)行找平處理，不平整的地方容易造成電力電纜不在一個水平面上，電纜的起伏造成高處絕緣物向低處導(dǎo)致電纜的短路；當(dāng)電纜中電壓超過電纜承受值時會發(fā)生電壓過大造成的大面積燒毀電纜，多數(shù)戶外終端故障均有大氣過電壓引起，電纜本身的缺陷也會導(dǎo)致電纜故障的發(fā)生。

2 電力電纜的故障檢測方法

電力電纜在出現(xiàn)故障時，首先需要診斷故障原因，其次測量故障發(fā)生的長度最后確定故障發(fā)生點；在電纜發(fā)生故障時分析故障的類型和輕重，針對不同的故障采取不同措施；電纜故障距離測算通過粗測發(fā)進(jìn)行，在電纜終端采用現(xiàn)場儀器對故障距離進(jìn)行測算，最后按照故障測距結(jié)果，找到故障節(jié)點的大體位置，利用放電聲測試法探測故障點的準(zhǔn)確位置。目前國際上提出的二次脈沖法也就是多種脈沖法測試法，可以監(jiān)測高阻、低阻和斷路故障，二次脈沖法結(jié)合低壓脈沖法和沖擊脈沖法相結(jié)合的方法，利用沖擊高壓擊穿故障點，檢查反射脈沖，得到故障點的距離。故障監(jiān)測的另一方法是直流電橋法，該方法基于電纜沿線均勻程度與纜芯電阻成正比，根據(jù)惠斯通電橋原理講電纜短路和故障點兩側(cè)的電阻引入直流電橋，但該技術(shù)存在靈敏度低的缺陷，未廣泛使用。

3 電力電纜故障節(jié)點探測方法

脈沖法是通過應(yīng)用行波理論對電纜均勻長線進(jìn)行分析，采用觀測脈沖在電纜中測算往返所需時間計算故障點距離，與電纜中波的傳播速度和電纜的絕緣介質(zhì)相關(guān)，與電纜導(dǎo)體芯線無關(guān)，因此得到廣泛使用。

3.1 低脈沖反射法

低脈沖反射法是由于輸出的信號電壓為150V以內(nèi)較為安全而得名采用儀器測量低阻或開路故障，根據(jù)微波雷達(dá)傳輸原理，在發(fā)生故障時加一脈沖信號，若電波傳輸?shù)焦收宵c會有部分信號反射回來，通過計算該時間差，計算出故障點的距離，該技術(shù)可以用來測量電纜低阻故障和電纜長度測試。

3.2 脈沖電流法測距

由于電纜故障點的電阻較大，當(dāng)發(fā)生高阻故障時，故障點的發(fā)射系數(shù)幾乎為零，低壓脈沖測量法無法準(zhǔn)確辨別，因此需要通過高壓閃絡(luò)測量法監(jiān)測；高電壓促使電纜故障點閃絡(luò)放點，會瞬間造成電路短路，采用儀器采集記錄故障點反射的脈沖電流波，依靠判斷電流行波信號在側(cè)兩端和故障端兩端往返的時間測算距離，脈沖電流法主要使用現(xiàn)行電流防止在低壓側(cè)底線旁邊，不直接鏈接高壓，因此具有安全方便的優(yōu)點。

3.3 二次脈沖法

部分電纜電阻采用較高的接地處理，傳統(tǒng)電壓檢測法無法很好的進(jìn)行監(jiān)測，二次脈沖測量法經(jīng)過對電纜發(fā)射低壓脈沖，脈沖經(jīng)過電阻高的故障點時有反應(yīng)，脈沖在另一端反射回來后，設(shè)備將來回的波形進(jìn)行記錄儲存，計算故障點的距離。

3.4 電力電纜故障的排除方法

在電纜故障測距時，存在一定距離的誤差，在測量和繪制電纜線路圖也存在誤差，這就需要根據(jù)測距結(jié)果判斷故障點的位置，減少開挖工作量，若進(jìn)行精準(zhǔn)的故障定點可采用聲測定位法、脈沖信號發(fā)和聲磁信號同步接收定點法。

4 結(jié)束語

電力電纜是電力系統(tǒng)中不可或缺的部分，需要對電纜進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，在電力電纜檢修工作中對故障部分進(jìn)行準(zhǔn)確分析定位，可以減少電力供應(yīng)問題帶來的經(jīng)濟(jì)損失；脈沖法可以準(zhǔn)確的測算電纜故障之間的距離，一般對高阻和閃絡(luò)性故障進(jìn)行測量，低壓脈沖發(fā)射發(fā)可以精準(zhǔn)可靠的監(jiān)測低阻和短路故障，兩種方法都是通過脈沖信息在故障點和測量點之間往返的距離計算，在實際操作中，電纜故障點地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，改善定點探測技術(shù)，提高探測靈敏度是技術(shù)的關(guān)鍵。另外電力系統(tǒng)工作人員需要充分了解電纜鋪設(shè)環(huán)境，掌握電纜故障判斷的方法，為電力系統(tǒng)的正常運行奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳化鋼.電氣設(shè)備預(yù)防性試驗方法[M].北京：水利電力出版社，1999.

[2]李建明，朱康.高壓電氣設(shè)備試驗方法[M].北京：水利電力出版社，2001.

[3]趙進(jìn)軍，侍海軍，張少炎.電力電纜故障探測技術(shù)分析[J].江蘇電機工程，2007（03）.