6kV電纜接地故障定位及處理

神華鄂爾多斯煤制油分公司 武彥誠

1 前言

我廠第一循環水變電所為35/6kV單母分段運行，檢修站為下級6/0.4kV變電間（如圖1），電源分別取自第一循環水變電所6kVⅠ、Ⅱ段，饋線電纜長度約為750m，電纜型號為YJV22 3*95，有電纜中間頭2處。檢修站變電間主要負荷為消防隊、倉庫、維修中心辦公樓、生產指揮中心、舊辦公樓，一旦發生單相接地故障將導致檢修站變電間單電源運行，影響供電系統正常運行。那么如何快速、準確地查找故障點位置，盡快恢復系統正常運行，避免因停電造成的損失，是供電人員必須解決的首要問題。

圖1

2 故障現象

2017年7月29日，16點49分電氣值班人員發現第一循環水場變電所6kVⅡ段母線小電流接地選線裝置（北京思達星MLX-620）報饋線維修站2#（6214）接地(如圖2)，電氣人員倒閘操作將維修站6kV變電間運行方式改變為：6T1帶0.4kVⅠ、Ⅱ段母線運行，16:54分將饋線維修站2#（6214）停電后，接地故障信息自動消除。

圖2

電氣人員對故障電纜進行絕緣測量，電阻分別為：

A相對B、C相及地 210MΩ B相對A、C相及地 1.23KΩ C相對A、B相及地 3.89MΩ

3 原因分析

第一循環水變電所饋出至檢修站電纜主要為地埋鋪設，而地埋電纜故障主要的原因為：

1)施工破壞、機械損傷。地埋電纜故障的發生絕大多數是由土建施工破壞引起，但是其中只有部分故障能直接造成輸電保護裝置保護動作，并能直觀發現故障點，而80%故障不會引起保護動作，時間短的幾天，長至幾個月破壞部位才發展到鎧裝鉛皮穿孔，潮氣侵入而導致損傷部位徹底崩潰形成故障。

2)中間電纜頭制作工藝差。此類隱患導致電纜故障也經常發生，制造缺陷致使屏蔽層未能有效包裹銅帶、焊接及接地，運行中產生過電壓擊穿絕緣層，造成電纜接地故障。或者是電纜頭聯接采用熱縮材料，而烘烤不均或烘烤過度，造成絕緣材料熱縮不緊密或熱熔過度，從而降低本體絕緣強度。

3)長期過負荷或偏相嚴重。電纜過負荷及偏相嚴重，其溫度會隨之升高，尤其在炎熱的夏季，常常導致電纜薄弱處和對接頭處首先被擊穿。

4)電纜老化。電腐蝕、化學腐蝕。

5)電纜質量差。通過測量絕緣電阻發現B、C相絕緣明顯降低，其中B相絕緣已經損壞，而C相絕緣也已經絕緣下降，若不及時發現極易造成兩相短路故障。

故障發生前，故障電纜附近曾有過地面施工，但電氣人員詢問土建施工人員，施工人員確定施工深度并未觸及到電纜。結合最近鄂爾多斯地區連續強降雨，電氣人員初步判斷是電纜中間頭進水。

4 故障定位

電纜接地故障定位常用方法。

4.1 聲測法

聲測法接線圖（如圖3）所示。通過直流調壓器調壓使升壓器產生高壓，對電容充電，當電容電壓上升到間隙放電電壓時，間隙放電向故障電纜釋放沖擊電流，電流經過故障點產生聲波，利用聲音放大器尋找故障點。這種方法十分準確、有效，關鍵在故障點聲音要足夠大。故障點聲音取決于沖擊電流的大小；而沖擊電流的大小，取決于電容器C的容量和放電間隙的大小。間隙加大，放電電壓增高。

圖3

圖示說明：K-電源開關，TB-調壓器，JQ-交流接觸器及接點，LJ-電流繼電器及接點，B-升壓變壓器，D-高壓硅堆，C-穩壓電容器，R-保護電阻，HA-合閘按鈕，TA-跳閘按鈕，kV-電壓分壓器。

4.2 低壓脈沖法

低壓脈沖法可對低阻、短路故障和斷路故障進行預定位。同時。也能識別電纜的中間接頭、及終端頭。其原理為：脈沖反射儀給電纜發射低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到特性阻抗不匹配點(如斷路點、短路點、終端點等)，在這些點上會引起脈沖波的反射，并返回到測試端，由脈沖反射儀接收并給出故障軌跡及算出故障距離。

故障距離Lx是由下面公式計算：

其中，V是波速度(m／μs)，如油浸紙絕緣電纜的波速度為160m/μs，交聯聚乙烯電纜的波速度為180m/μs。t為發射脈沖從測試端到故障點。再由故障點返回到測試端的往返時間。由脈沖反射儀測出，單位為微秒(μs)

故障發生后，由于現場并沒有以上電纜接地故障測試儀器，而確定電纜接地位置迫在眉睫，因此用武漢華超HCZGF-3直流高壓發生器進行直流放電，電纜1#、2#中間頭處派人進行查找聲音，經過仔細查找并沒有發現有放電聲。

4.3 直流電橋法

因為直流發生器并沒有配備放電間隙和電容，直流放電電流較小，導致放電聲音較小，而且也沒有聲音放大器，所以考慮利用基本的直流電橋法進行故障點距離測量。

采用直流電橋法確定電纜接地位置時，電纜故障必須為低阻故障。而A相電纜絕緣電阻為210MΩ、B相電纜絕緣電阻為1.25KΩ、C相電纜絕緣電阻為3.89MΩ，其中A相電纜絕緣狀態良好，B相電纜接近低阻故障，C相電纜為高阻故障，必須將B相電纜絕緣電阻盡量降低，以減少直流電橋法測量誤差，而C相電纜故障為高阻故障，現場無有效測量方法，初步懷疑電纜B、C相故障點為一處。

現場采用的是武漢華超YD-5/50干式變壓器串聯高壓硅堆對電纜B相進行直流放電，想通過持續放電將電纜B相絕緣徹底燒穿，試驗時高壓電流控制在100mA以下，經過數小時持續放電，搖測電纜B相絕緣電阻降為0Ω。

在使用直流電橋法測試前，首先將電纜B相與絕緣完好的A相在負荷側用螺栓短接，要求接觸緊固，接觸電阻越小越好，測量接線（如圖4）所示，測量裝置為武漢華超HCZZ-3直流電阻測試儀。

圖4

測量電纜A-B相電阻RAB為0.2609Ω。

更換直流電阻測試儀接線，分別測量電纜A相至故障點電阻及電纜B相至故障點電阻，測量同樣在電源側進行，負荷側用螺栓短接，測量接線（如圖5）所示。

圖5

測量電纜A相至故障點電阻RA’為2.151 Ω。

測量電纜B相至故障點電阻RB’為 2.064Ω。

RA’與RB’所測電阻為電纜纜芯電阻與接地電阻Rg之和。

將測量結果帶入式一得知：接地電阻Rg為1.97705Ω。

電纜A相與B相長短相等，根據電阻R＝L／S，即電阻R與電纜長度成正比。

可知電纜A相、B相纜芯電阻RA等于RB等于。

電纜B相至故障點纜芯電阻（不包括接地電阻Rg）RB1’為RB’-Rg=0.08695Ω。

經計算得出電纜B相故障點距電源側499.9M，因為電纜地埋鋪設并無地樁確定走向和距離，現場只能初步估計故障點為1#電纜中間頭附近，電氣人員將電纜中間頭鋸斷后，遙測電纜電源側至1#中間頭絕緣電阻如下：

A相對B、C相及地 215MΩ B相對A、C相及地 0Ω C相對A、B相及地 208MΩ

通過測量絕緣電阻，發現電纜B相故障并沒消除，而電纜C相故障消失絕緣正常，判斷電纜B相、C相故障點為兩處。

對電纜B相故障，現場同樣采用直流電橋法測量，將電纜B相與絕緣完好的A相在電纜電源側用螺栓短接，測量在1#電纜中間頭進行（如圖6），要求接觸緊固，接觸電阻越小越好。測量方法、接線如第一次一樣，經測量得出：

圖6

電纜A-B相電阻RAB為 0.1890Ω。

電纜A相中間頭至故障點電阻RA’為0.2819Ω。

電纜B相中間頭至故障點電阻RB’為0.1064Ω。

經計算得出電纜B相中間頭距故障點17.76米。

經現場測量故障距離，確認故障點為近期土建施工水泥地面，經過動土挖開地面，發現電纜過路面穿塑料保護管，土建工人施工時，雖作業深度并未觸及電纜，但施工中大型作業設備的沖擊，導致塑料管破裂擠壓電纜絕緣，并且持續的強降雨，雨水滲透至受損部位，導致發生電纜接地故障。

而電纜C相故障，經電氣人員排查發現2#電纜中間頭內進水，導致電纜絕緣受潮，經重新做中間頭后，電纜絕緣恢復正常。

5 建議整改措施

1)第一循環水變電所饋出至檢修站變電間的雙回路電纜，雖然距離并不是很遠，但是經過廠區重要路段，車輛經常行駛，路面頻繁施工維修，路面下電纜保護管建議使用鍍鋅鋼管，避免機械損傷。

2)通過此次電纜接地故障，發現部分地埋電纜無明顯標樁。根據GB 50217－2007《電力工程電纜設計規范》中5.3.2規定“位于城郊或空曠地帶，沿電纜路徑的直線間隔100m、轉彎處或接頭部位，應豎立明顯的方位標志或標樁。”

3)電纜1、2#中間頭電纜井附近為廠區草地，綠化人員經常對草地進行噴水澆灌，電纜井內長期處于潮濕環境中，建議對1、2#中間頭進行灌膠處理，提高電纜頭受潮能力。

4)電纜接地故障發生較長時間后，電氣運行人員才發現小電流選線裝置報警，選線裝置信號并未傳入后臺，導致電氣人員未能及時發現處理故障，建議將選線裝置通訊接至后臺。

6 結語

直流電橋法是使用歷史最長的電纜測尋方法，在電纜故障測試技術迅速發展、涌現出各種新型測試方法和測試設備的情況下，直流電橋法在測尋電纜低阻接地的故障方面，仍有使用方便、設備簡單、精準度較高的優點。但是使用直流電橋法測量電纜故障時，電纜必須有一相絕緣完好，否則不能組成電橋回路，而且電纜故障相與完好相短接一定要緊固，確保測量誤差降低。