高壓電力電纜接地故障的診斷

國家電投集團寧夏能源鋁業有限公司臨河發電分公司 馬學義

高壓電力電纜接地故障是電力系統中常見的一種故障，會影響到電力的輸送和影響社會生產，因此必須快速查出故障。基于此，文章針對高壓電力電纜接地故障的成因以及具體類型進行介紹，并分析了低壓脈沖發射法、電橋法、聲波法、聲磁同步法及電纜燒穿法等故障檢測手段，為高壓電力電纜接地故障的診斷提供了有效參考。

引言：電力系統建設中電力電纜的使用越來越普及。電纜的健康運行受多種因素的影響。例如鋪設中的機械拉力、扭力；電纜的中間接頭、終端接頭制作工藝不良；電纜運行中受到壓力沖擊、人為破壞等等。因此，會出現各種接地故障問題，導致電力供應中斷，影響生產生活，造成經濟損失。為此，要積極利用一些現有的儀器設備和原理、方法，對電纜的故障進行檢測、診斷和排除，能夠迅速使電纜恢復正常運營。

一、高壓電力電纜重要性與常見故障類型

高壓電力電纜是電力電纜當中的一種，主要指的是輸電電壓達到1kV-1000kV的電纜，這種電力電纜一般都應用在電力傳輸以及分配的領域，因此一旦發生了接地故障就會造成重大損失。由于一些特殊環境的限制和電力技術設計要求，需要高壓電力電纜送電，若發生接地故障，就會影響電纜正常運行，甚至發生火災事故，帶來人身傷害和財產損失，無法估量。

高壓電力電纜故障主要分為四種，分別為短路性故障、接地性故障、斷線性故障以及混合性故障。高壓電力電纜故障產生的一個重要成因就是由于自身處于地下位置，在完成鋪設之后，如果電纜附近再次開展其他施工活動，很有可能造成電纜的損壞，甚至由于一些地區地質災害頻發，對于電纜來說也會造成毀滅性的打擊。如果發生了損壞，不能及時修復，會導致一條電力線路中斷高壓輸電。電力電纜故障的成因還會由于自身的設備質量而產生，無論是外力還是內因的因素，都需要得到及時的診斷以及維修。根據不同的故障類型需要對癥下藥，選取適當的方案進行解決。

二、高壓電力電纜接地故障成因

（一）機械性損傷導致接地故障

在高壓電力電纜的故障當中，一種十分常見的故障類型就是機械性損傷，這種損傷成因可以占到故障總量的一半以上。所謂機械性故障就是電力電纜在鋪設以及運行過程當中受到了外力的作用，有直接外力損傷、施工損傷、自然損傷等。在當時并不會具有十分明顯的表現，但是隨著時間的推移，小的損傷慢慢惡化，最后變成了大的損傷。機械性損傷的成因較多，同時也難以發現。電纜要根據電力規程的技術要求，對電纜加強絕緣監督和巡查。

（二）絕緣受潮導致接地故障

高壓電力電纜接地故障的另一種常見類型是絕緣受潮，這種現象和電纜所處的惡劣環境具有十分重要的關系。高空架設的電纜，還是地下敷設的電纜，由于常年受到雨淋和地下水分的侵蝕，加上電纜中間接頭、終端接頭制作工藝和質量存在的瑕疵，密封不良，使電纜不免受潮氣侵襲，日積月累，電纜受潮，表現為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。導致電纜熱損耗增加，加大病情，帶病運行，為電纜的故障發生埋下了隱患。電纜接頭或套管表面臟污、潮濕對電纜絕緣電阻有較大影響。為了杜絕電纜受潮，一是要選用質量上乘的電纜接頭絕緣護套，二是要在制作工藝上精益求精，三是平常要加大對電纜的巡視和維護保養。

（三）絕緣老化導致接地故障

電纜日常在電和熱的雙重作用下運行，甚至過負荷運行和受到過電壓的沖擊，其介質損耗都會增加，其物理性能會逐漸發生變化，使其絕緣性能慢慢降低，電纜芯周圍的絕緣材料就會隨著時間的推移，慢慢老化，其絕緣電阻減小，耐壓水平下降，電纜的使用壽命降低就不可避免。絕緣老化這一類型的電力電纜接地故障也十分常見，并且大部分都存在于長時間使用之后的電力電纜當中。

（四）低阻和高阻故障

如果電纜相間絕緣或是相對地絕緣受損，其絕緣電阻減小到一定程度，就成稱為低阻故障。相對地絕緣電阻減小到150Ω以下時便認為是低阻故障，如果此絕緣電阻繼續減小到零，這種情況被稱之為短路故障，是屬于低阻故障的特殊情況。若故障點在電纜終端頭，當相對地絕緣電阻小于電纜特性絕緣阻抗才認可為低阻故障。相對于低阻故障，若電纜相間或相對地故障絕緣電阻較大，通常稱為高阻故障，它包括泄漏性高阻故障和閃絡性故障。在電纜做預試時，泄漏電流是隨試驗電壓的升高而逐漸增大且其值大大超過規定的泄漏值，是泄漏性故障的特點；閃絡性高阻故障則恰恰相反，其特點是故障點不但沒有形成低阻通道，絕緣電阻反而卻很大。做試驗時，當電壓升高到一定值時，泄漏電流才突然增大，當電壓稍降低時，此現象又消失了。

三、高壓電力電纜接地故障的有效診斷方法

開展高壓電力電纜的接地故障診斷，擁有多種辦法，其分為電纜故障測距技術以及電纜精確定位技術，其中測距技術包含有低壓脈沖發射法以及電橋法，電纜精確定位技術包含有聲波法、聲磁同步法以及電纜燒穿法。無論哪一種方法都擁有自身獨特的技術特點以及其優勢，應當根據現實情況選擇適宜的辦法。一般先用兆歐表測量每相對地絕緣電阻，粗略判斷是高阻故障還是低阻接地。

（一）低壓脈沖發射法

低壓脈沖發射法檢查高壓電力電纜的接地故障是一種無損的查找技術。這項技術能夠通過低壓電流窄脈沖信號進行發送，這種信號在發送到了電力電纜當中之后，就會在信號短路點、接頭以及短路點遇到發送出的信號，并且由于接收到位置的不同，在反饋的波形上就存在一定的差別。低壓脈沖發射法在檢測過程當中主要是利用了危及計算機的反射時間差，進行反射波形的測量，這種故障診斷的方式，實質上是利用電流的形式，將故障反映到計算機當中，能夠有效提升電力電纜接地故障診斷的效率。一般來說，如果反射的波形為正波形，那么就是短路點，如果反射的是負波形，也是短路點，而反射出的波形較為平緩，并且是正負波形，那就意味著故障產生的位置是中間的接頭部分，故障的特點是低阻故障。在電力電纜接地故障的低壓脈沖發射法診斷當中，使用的范圍與頻率較廣，在其中，針對電纜短路，斷路以及低阻故障開展監測十分有效，并且還能夠應用在測量電纜的具體長度以及區分T型接頭和終端頭的方面。低壓脈沖發射法使用的過程當中，重點就是保證對于波形的解讀，牢記不同波形代表的故障種類。

（二）電橋法

電橋法是一種檢測低阻接地故障的有效手段，這種方式能夠有效針對高壓電力電纜當中出現的較為常見的低阻接地故障進行檢測，應用的主要原理是電橋原理。電橋法開展檢測工作，主要的診斷方式就是在電纜的外部進行電阻阻值的調節，通過電阻阻值的變化來保證在電橋兩段擁有一個平衡的狀態，這樣能夠開展計算工作。經過計算之后，結合數值與經驗規律，就可以有效判斷出電力電纜的故障點具體為止。在電力電纜的接地故障當中，低阻接地故障是一種常見的現象，電橋法的優勢在于使用較為便利，工作效率較高。

（三）聲波法

聲波法進行高壓電力電纜的接地故障診斷，能夠將聲波作為檢測的工具，通過發射聲波的方式判斷故障的位置以及類型。聲波法診斷接地故障時，首先需要把高壓脈沖發射到電力電纜當中，當高壓脈沖到達了故障點位置以后，就能夠利用聲波攜帶的能量擊穿接地點，這樣一來就會產生一聲短暫的響聲，通過拾音器，能夠將這個聲音擴大，從聲響進行故障的位置的判斷。聲波法進行電纜接地故障的位置確定，使用起來能夠體現出準確的優點，同時還可以保證在位置判斷時，效率不斷提升。聲波法在高阻接地故障和閃絡形故障的診斷和檢測當中較為常見，并且具有良好的使用效果（郭法安.中壓配電網三芯電纜接地電流的機理與應用[D].山東大學,2016）。

（四）同步法

聲磁同步法主要應用的方向是一些低阻接地故障以及高阻接地故障，聲磁同步主要應用的器材是高壓脈沖發射器。高壓脈沖發射器可以發射出高壓脈沖，將其輸送到電力電纜當中，當脈沖到達了故障發生的位置之后，就可以將故障的電磁信號以及擊穿接地瞬間的聲音信號進行反饋。聲磁同步法應用的過程當中不能夠缺少的是電磁探測儀以及高頻拾音器，這兩種設備是幫助了解聲音反饋的重要器材。再利用聲磁同步法進行診斷檢測時，需要注意的是，低阻接地故障以及高阻接地故障，是較為適合聲磁同步法的，需要發揮出自身的優勢，以此才能夠提升診斷的準確性。在使用電磁探測儀以及高頻拾音器之前也需要能夠進行調試和校驗。

（五）電纜燒穿法

不同于利用以上幾種方法進行電力電纜的接地故障診斷，電纜燒穿法開展故障的檢驗診斷能夠在聲波法、聲磁同步法不能夠擊穿接地點的情形下，利用電纜燒穿儀器進行高壓小電流的發射。電纜燒穿法在發射電流之后，能夠促使電力電纜進行不間斷的短路發熱，從而保證在外部的絕緣熱老化以及碳化，以此能夠有效判斷出電纜故障發生的具體為位置。電纜燒穿法和聲波法以及聲磁同步法使用的區別在于，電纜燒穿法能夠適應更多的情境，保證診斷工作的進行。電纜燒穿法的使用能夠幫助有效觀察電壓泄露以及殘壓電流值，通過數據的變化來了解是否為高阻故障。電纜燒穿法的使用對于一些較難診斷的電力電纜接地故障，具有良好的使用效果。

結論：綜上所述，在開展高壓電力電纜接地故障的診斷工作時，必須要能夠了解到相關故障的成因以及具體的類型。高壓電力電纜接地故障的有效診斷方法當中，每一種方法都能夠發揮自身的優勢進行診斷工作，需結合具體情況進行選擇分析。有時或許需要兩種方法的配合使用會更準確。

參考：羅曉鍵，高壓電力電纜接地故障查找技術：電子技術與軟件工程，2017；成志威，城市電纜線路絕緣故障診斷技術研究：長沙理工大學，2015。