淺析電力電纜故障的診斷方法

馬廣俊 邵志宏 陳勝?gòu)?qiáng)

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和城市建設(shè)的需求，越來(lái)越多的架空線路改造為電力電纜線路，由于電纜多埋藏于地下或電纜坑道內(nèi)，電力電纜發(fā)生接地短路以及斷路等故障后不易查找到故障點(diǎn)，從而增加了故障處理的難度，對(duì)用戶的用電造成影響，針對(duì)電力電纜故障本文從電纜的構(gòu)成和電纜故障的特點(diǎn)性質(zhì)入手，總結(jié)出一些電力電纜故障的診斷方法。

關(guān)鍵詞：電力電纜;敷設(shè) ;故障;診斷方法

一、電力電纜的基本結(jié)構(gòu)和規(guī)格

電力電纜主要由：導(dǎo)體、絕緣層、保護(hù)層構(gòu)成，俗稱為電纜的三要素。

1、導(dǎo)體由銅或鋁材質(zhì)制作而成，銅的電阻系數(shù)為0.0184，比重為8.9。鋁的電阻系數(shù)為0.031，比重2.7。由此可以看出銅芯電纜的導(dǎo)電性能明顯優(yōu)于鋁芯電纜，相同截面的電纜，銅芯電纜的載流量要比鋁芯電纜高0.3倍。我國(guó)規(guī)定的線芯截面有2.5、4、6、16、50、70、95、120、300、400、500、800、1000mm2等等20多種規(guī)格。按照線芯數(shù)量與形狀又分為單芯、兩芯、三芯、四芯、五芯等五種，并根據(jù)線芯的數(shù)量，將導(dǎo)線壓成圓形、半圓形、扇形等形狀;小截面實(shí)芯（即獨(dú)股）、大截面多股絞合等。

2、絕緣層根據(jù)采用的絕緣材質(zhì)分為：油浸紙絕緣、橡膠絕緣、聚氯乙烯絕緣、聚乙烯絕緣、交聯(lián)聚乙烯等五種。油浸紙絕緣電纜存在怕水的缺點(diǎn)，需要做金屬防水層，除500kV及以上超高壓充油電纜外，基本被交聯(lián)電纜所取代。乙丙橡膠電纜目前最高使用電壓已達(dá)150k∨。聚氯乙烯絕緣電纜存在介損大，含有氯，運(yùn)行溫度較低，一般只用于6k及以下電壓等級(jí)。聚乙烯絕緣電纜熔融溫度低（70℃），最高工作電壓能夠達(dá)到500kV。交聯(lián)聚乙烯通過(guò)化學(xué)或物理方法將聚乙烯分子鏈間相互交聯(lián)。最高運(yùn)行溫度可達(dá)90°℃，短路時(shí)導(dǎo)電線芯允許的最高溫度可達(dá)250°℃。極大地提高了電纜的安全載流量和短路容量。其最高工作電壓達(dá)500kV。

3、屏蔽層是一種將電纜中的電磁場(chǎng)與外界的電磁場(chǎng)進(jìn)行隔離的構(gòu)件;有的電纜纜在其內(nèi)部不同相（或線組）之間也需要相互隔離（屏蔽）。可以說(shuō)屏蔽層是一種“電磁隔離屏”。高壓電纜的導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽（內(nèi)外屏蔽）是為了均化電場(chǎng)的分布

4、保護(hù)層是用來(lái)保護(hù)電纜免受外界物質(zhì)的侵入和防止外力損傷。組成內(nèi)襯層（或內(nèi)護(hù)套）、鎧裝層和外護(hù)套。其主要材料與電纜的絕緣種類、運(yùn)行電壓、使用環(huán)境有關(guān)。如：紙絕緣電纜須有密封的金屬護(hù)套，而中低壓的橡塑電纜就不需要;埋在地下的電纜需要鎧裝，敷設(shè)在海底的電纜需要鋼絲鎧裝，而敷設(shè)在隧道、排管、電纜溝內(nèi)的電纜又可以不要鎧裝;外護(hù)套是用來(lái)保護(hù)鎧裝層或內(nèi)護(hù)套的，一般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火的場(chǎng)所也可做成阻燃型

二、電力電纜敷設(shè)方式和優(yōu)缺點(diǎn)

電力電纜的常用敷設(shè)方式主要有直埋式敷設(shè)、預(yù)制式磚砌電纜溝敷設(shè)、排管電纜溝敷設(shè)、隧道電纜敷設(shè)、非開(kāi)挖方式電纜敷設(shè)。

1、直埋式敷設(shè)方式一般用于少量臨時(shí)性或不十分重要線路的敷設(shè)。電纜直埋一般要求進(jìn)行樣洞開(kāi)挖，在敷設(shè)路徑每每40-50m挖一樣洞，在轉(zhuǎn)彎處和跨路口處都應(yīng)挖設(shè)，以確定電纜路徑的可行性。直埋電纜溝的挖設(shè)，一般深度為80cm，寬度為1根電纜40-50cm，2根電纜60cm，電纜條數(shù)增加按比例放寬電纜敷設(shè)后先在上面覆蓋10cm細(xì)土或沙再蓋上電纜保護(hù)板，覆土后應(yīng)在相關(guān)位置埋設(shè)電纜標(biāo)樁。優(yōu)點(diǎn)是鋪設(shè)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電纜故障查找、修復(fù)困難。

2、預(yù)制或磚砌電纜溝敷設(shè)蓋板搭蓋至少10cm，如無(wú)支架，注意電纜間距。

3、排管電纜溝敷設(shè)排管敷設(shè)方式的優(yōu)點(diǎn)：通道利用率高，但需要注意避免相鄰電纜故障影響。其缺點(diǎn)是電纜外護(hù)套故障查找、修復(fù)困難，造價(jià)偏高，不易施工。

4、隧道敷設(shè)的優(yōu)點(diǎn)是可敷設(shè)回路數(shù)較多，易于巡檢。缺點(diǎn)是造價(jià)高。

5、非開(kāi)挖方式電纜敷設(shè)不破壞地上設(shè)施，缺點(diǎn)是施工復(fù)雜，電纜故障查找、修復(fù)困難

三、電纜線路故障的診斷方法

電纜故障種類很多，為便于電纜的故障測(cè)尋，可分為以下五種類型：接地故障、短路故障、斷線故障、閃絡(luò)性故障（高壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生）、混合性故障。

首先應(yīng)判斷電纜的故障性質(zhì)，使用萬(wàn)用表測(cè)量相間的通斷以判斷電纜是否發(fā)生相間短路或者斷路故障。將電纜兩端分別拆頭后，使用萬(wàn)用表分別測(cè)量A、B、C三相之間的電阻，若為零，則萬(wàn)用表表筆所測(cè)的兩相之間發(fā)生了短路;若測(cè)量值為無(wú)窮大，則說(shuō)明相間無(wú)短路。然后將電纜的一端A、B、C三相短接（不接地），在電纜的另一端使用萬(wàn)用表測(cè)量各相間電阻值，若各相間均為零，則三相完好，若AB為零，BC、CA不為零，則C相斷線，若各相間均不為零，則兩相或三相斷線。最后使用搖表測(cè)電纜的絕緣電阻以判定電纜的絕緣是否損壞而接地

判斷出電纜的故障性質(zhì)后，再對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行精確查找，在電纜的一端使用專用的設(shè)備來(lái)確定測(cè)試端點(diǎn)到電纜故障點(diǎn)的電氣距離，常用的方法有電橋法、低壓脈沖法、直閃法、沖閃法、脈沖電流法、二次脈沖法等方法。

1、電橋法

當(dāng)電橋平衡時(shí)檢流計(jì)中的電流l=0;則Rx=R2×R3/R1

電橋法測(cè)量電纜接地和兩相短路故障時(shí)：

NM=（2L-L×）/Lx;

則Lx=2LM/（M+N）

使用電橋查找故障時(shí)，必須滿足1）故障電纜至少要有一相絕緣良好;2）電纜不能是斷線故障;3）電纜要有準(zhǔn)確的長(zhǎng)度。

2、低壓脈沖法

在測(cè)試端向電纜中輸人一個(gè)低壓脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)沿著電纜傳播，當(dāng)遇到電纜中的波阻抗不匹配點(diǎn)時(shí)，如：開(kāi)路點(diǎn)、短路點(diǎn)、低阻故障點(diǎn)和接頭點(diǎn)等，均會(huì)產(chǎn)生波反射，反射波傳回測(cè)試端，被儀器記錄下來(lái)，假設(shè)從儀器發(fā)射脈沖到儀器接受到反射脈沖的時(shí)間差為△t，同時(shí)如果已知脈沖電磁波在電纜中傳播的速度是v，那么根據(jù)公式L=V△t/2即可計(jì)算出阻抗不匹配點(diǎn)距測(cè)t端的距離L的數(shù)值。電纜中的脈沖傳播與反射基本曲線，當(dāng)發(fā)生開(kāi)路斷線時(shí)為正反射波形，短路或接地故障時(shí)顯示為負(fù)反射波形。

直閃法、沖閃法、脈沖電流法、二次脈沖法均是在電纜故障相上施加一個(gè)直流高壓或沖擊高壓信號(hào)，使故障點(diǎn)的絕緣瞬時(shí)擊穿，利用擊穿放電時(shí)的電波來(lái)回反射的時(shí)間及電波在電纜中的傳播速度，求得故障點(diǎn)距離的方法。

四、故障電纜線路的識(shí)別包括電纜路徑的查找和電纜線路的鑒別

1、電纜線路路徑的查找：在待測(cè)電纜上加入特定頻率的電流信號(hào)，通過(guò)接收該電流信號(hào)在電纜周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)查找出電纜路徑和識(shí)別出被測(cè)電纜，常用的方法有音谷法、音峰法、極大值法。

2、電纜線路的鑒別：在幾條并列敷設(shè)的電纜中正確判斷出已停電的需要檢修或切改的電纜線路，常用的方法為脈沖信號(hào)法。

總之，在查找電纜故障時(shí)，我必須要掌握電纜的結(jié)構(gòu)和故障類型以及故障性質(zhì)，明確電纜故障原因，綜合應(yīng)用各種測(cè)試方法，才能夠及時(shí)迅速地查找到電纜故障和故障點(diǎn)。