電力電纜故障探測(cè)技術(shù)

鄭亞周

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，作為工礦企業(yè)的主要傳輸設(shè)備，電力電纜得到了廣泛應(yīng)用。相比架空線路，電力電纜具有占地少、供電可靠、運(yùn)維方便等優(yōu)勢(shì)。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，電力設(shè)備由于電壓等級(jí)高、容量大，運(yùn)行可靠性問(wèn)題也日益突出，一旦發(fā)生電纜故障，必定會(huì)給企業(yè)生產(chǎn)造成不利影響，甚至產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此，開展電力電纜故障探測(cè)技術(shù)研究具有重要意義。本文闡述了電力電纜故障探測(cè)的原理，并結(jié)合具體案例對(duì)探測(cè)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：電力電纜;故障原因;探測(cè)原理

一、電纜故障的原因

電纜故障是指在運(yùn)行及試驗(yàn)過(guò)程中，電纜發(fā)生絕緣擊穿、導(dǎo)線燒斷等情況，電力供應(yīng)被迫停止。誘發(fā)電纜故障的原因很多，常見原因如下：

1、絕緣擊穿

作為一種較為常見的故障原因，造成電纜絕緣擊穿的主要原因包括以下幾點(diǎn)：第一，電纜及附件質(zhì)量不合格。比如，制造過(guò)程中，電纜絕緣質(zhì)量不合格，出現(xiàn)破裂、重疊間隙等。或者是電纜附件存在質(zhì)量問(wèn)題，比如配件規(guī)格不匹配、鑄鐵件存在砂眼等等。第二，受潮。當(dāng)環(huán)境濕度過(guò)大，同樣會(huì)影響電纜絕緣效果，一方面，電纜已損傷的情況下，在日常運(yùn)行中很容易出現(xiàn)絕緣受潮問(wèn)題;另一方面，電纜制造質(zhì)量不合格，存在裂縫等，也會(huì)導(dǎo)致后期電纜受潮。第三，腐蝕。腐蝕也是引發(fā)電纜絕緣問(wèn)題的一大因素，常見的腐蝕包括2類，其一，電腐蝕。比如在強(qiáng)電場(chǎng)周圍電纜的外護(hù)套就很容易被腐蝕，從而出現(xiàn)絕緣擊穿問(wèn)題。其二，化學(xué)腐蝕，在埋設(shè)電纜的線路當(dāng)中，若遇到化學(xué)材料作業(yè)區(qū)域，同樣會(huì)腐蝕電纜護(hù)套，導(dǎo)致穿孔等問(wèn)題發(fā)生。第四，過(guò)熱。就目前研究現(xiàn)狀表明，造成電纜過(guò)熱的原因主要分為2大類，其一，內(nèi)部原因。即電纜絕緣內(nèi)部氣隙游離導(dǎo)致局部過(guò)熱，出現(xiàn)絕緣炭化現(xiàn)象;其二，外部因素。電纜超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，電纜溫度過(guò)高，尤其是夏季溫度過(guò)高情況下，將會(huì)加快電纜絕緣老化速度。

2、機(jī)械損傷

在安裝、敷設(shè)電纜時(shí)，很容易出現(xiàn)機(jī)械損傷，常見的損傷原因如下：

（1）其他設(shè)備導(dǎo)致的損傷。電纜護(hù)套在強(qiáng)烈震動(dòng)、沖擊性負(fù)荷情況下，極易出現(xiàn)裂縫。或者，其他電力設(shè)備發(fā)生短路，短路電流過(guò)大，從電纜流過(guò)時(shí)，極易將電纜導(dǎo)體燒壞。

（2）直接外力損傷。安裝施工環(huán)節(jié)，由于牽引機(jī)操作不當(dāng)，用力過(guò)大也會(huì)拉傷電纜，或者敷設(shè)過(guò)程中，電纜彎曲度不合理等等。

（3）自然現(xiàn)象導(dǎo)致的損傷。對(duì)于電纜來(lái)講，當(dāng)遇到不可預(yù)知的自然災(zāi)害，比如地震、地基下沉等，均會(huì)產(chǎn)生損傷。

3、過(guò)電壓

電力電纜過(guò)電壓是指因雷電等形成的大氣過(guò)電壓和電纜內(nèi)部的過(guò)電壓。一旦發(fā)生過(guò)電壓現(xiàn)象，勢(shì)必會(huì)引發(fā)電力終端頭故障。

二、電力電纜故障探測(cè)原理

1、電纜故障測(cè)距（粗側(cè)）原理

在查找電纜故障當(dāng)中，電纜測(cè)距是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。是指通過(guò)專用儀器設(shè)備和探測(cè)方式，將測(cè)試端到故障點(diǎn)之間的距離探測(cè)出來(lái)，這種方法，僅能將故障點(diǎn)到測(cè)試端之間的電纜長(zhǎng)度探測(cè)出來(lái)，但是由于電纜埋設(shè)并非一條直線，在終端或者中間接頭部位往往會(huì)存在余纜情況，因此，儀器獲取的數(shù)據(jù)與實(shí)際距離會(huì)存在一定差異。目前，常用的探測(cè)方法包括沖擊高壓閃絡(luò)法、二次脈沖法、智能高壓電橋法、脈沖電流取樣法、低壓脈沖反射法等等。

2、電力電纜故障定點(diǎn)（精測(cè)）原理

電纜故障定點(diǎn)探測(cè)屬于精測(cè)法，是與粗測(cè)法相對(duì)應(yīng)的，相比之下，精測(cè)法的精準(zhǔn)度更高，誤差較小。常見的精測(cè)法包括聲測(cè)法、聲磁同步法、音頻感應(yīng)法等。以聲磁同步法為例，是指故障點(diǎn)擊穿時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生聲音信號(hào)和磁信號(hào)，在此過(guò)程中磁場(chǎng)傳播速度可忽略不計(jì)。故障測(cè)試中以接收到的磁場(chǎng)信號(hào)為基準(zhǔn)，當(dāng)探測(cè)設(shè)備接收到聲音信號(hào)時(shí)，則是聲音信號(hào)從發(fā)出到故障點(diǎn)來(lái)回一次的時(shí)間，通過(guò)測(cè)算，便可獲取故障點(diǎn)和測(cè)試端之間距離。

三、案例分析

為了更準(zhǔn)確地了解電力電纜故障探測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，本文以某10KV電纜出線為研究對(duì)象，采用電纜故障測(cè)試車、聲磁同步定點(diǎn)儀等設(shè)備進(jìn)行電纜故障探測(cè)與分析。

1、故障電纜參數(shù)特征

根據(jù)故障電纜實(shí)際情況，其參數(shù)特征如下：10KV、膠聯(lián)聚乙烯三芯銅電纜、全長(zhǎng)1731m。

2、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

絕緣電阻情況如下：（1）A相對(duì)地650MΩ;（2）B相對(duì)地550MΩ;（3）C相對(duì)地3000MΩ;（4）AB相間2500MΩ;（5）BC相間2000MΩ;（6）CA相間800MΩ。

3、故障類型

根據(jù)實(shí)際情況判定故障類型屬于B、C相絕緣電阻值太低。

4、探測(cè)步驟

第一，采用低壓脈沖法。通過(guò)低壓脈沖法的應(yīng)用，波速選擇172m/μs，波形未現(xiàn)異?，F(xiàn)象，接頭3個(gè)，主要處于160m、420m、1330m處，由此可判定為高阻故障。

第二，二次脈沖法。通過(guò)探測(cè)可知，波形不好，故障點(diǎn)處未形成反射脈沖，通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)分析，認(rèn)為可能存在受潮、進(jìn)水等故障。若電纜內(nèi)存在水分，在施加直流高壓時(shí)，水分將快速蒸發(fā)，并形成蒸汽，進(jìn)而對(duì)導(dǎo)電通道造成阻礙，產(chǎn)生水電阻。同時(shí)，由于電壓、電流呈線性變化，且同時(shí)提升，絕緣電阻基本無(wú)變化。二次脈沖法是利用直流高壓促使電纜故障點(diǎn)發(fā)生燃弧，通過(guò)穩(wěn)弧器觸延弧，隨后施加低壓脈沖，并在故障點(diǎn)發(fā)生反射，產(chǎn)生反射波形。但是，在本次探測(cè)時(shí)，并未形成理想的波形，說(shuō)明很可能存在電纜內(nèi)部受潮現(xiàn)象，導(dǎo)致電弧無(wú)法燃燒。為進(jìn)一步驗(yàn)證這一想法，可采用脈沖電流法進(jìn)行再次探測(cè)。

第三，脈沖電流法。通過(guò)脈沖電流法進(jìn)行故障探測(cè)，通過(guò)波形圖可知，在1325m存在故障點(diǎn)，與接頭1330m處距離較近，因此，可大致認(rèn)為接頭處便是故障點(diǎn)。由于探測(cè)時(shí)選擇的范圍為5504m，為了減少測(cè)量誤差，決定通過(guò)聲磁同步法進(jìn)行精測(cè)分析。

第四，聲磁同步法。本次探測(cè)采用了聲磁同步定點(diǎn)儀，以此精準(zhǔn)確定故障點(diǎn)位置，在探測(cè)過(guò)程中，隱隱約約可以聽到地面有放電聲響，將蓋板打開，可以清晰聽到放電聲音。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，放電聲音部位正好是電纜第三個(gè)接頭部位，將電纜接頭鋸開，有水從接頭內(nèi)部流出，隨后將相鄰處電纜鋸開，再次進(jìn)行接頭制作，待做耐壓試驗(yàn)，確保質(zhì)量合格的情況下，便可及時(shí)恢復(fù)供電。

5、結(jié)果分析

通過(guò)上述探測(cè)分析，本次較為順利，由于前期對(duì)故障性質(zhì)判斷不夠準(zhǔn)確，選用了低壓脈沖法，波形不太理想，未能準(zhǔn)確判定故障距離，僅能初步確定電纜內(nèi)部受潮，存在水分。隨后，通過(guò)脈沖電流法粗測(cè)故障距離，最終，通過(guò)聲磁同步法準(zhǔn)確測(cè)定故障點(diǎn)。

通過(guò)本次電纜探測(cè)工作充分意識(shí)到，工作人員必須熟練掌握各種故障性質(zhì)和探測(cè)原理方法，對(duì)各種測(cè)試設(shè)備能夠熟練操作，并在日常工作中積累大量探測(cè)經(jīng)驗(yàn)。要求工作人員必須進(jìn)一步提升電纜故障探測(cè)的能力，為迅速排除故障，恢復(fù)供電奠定良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力電纜直接連接著各類電氣設(shè)備，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，一旦出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，還會(huì)產(chǎn)生大量的故障維修費(fèi)用。這種情況下，需要對(duì)電力電纜故障及原因進(jìn)行迅速準(zhǔn)確的判斷分析，才能有效降低電力電纜的維修費(fèi)用，及時(shí)供電，減少損失。

參考文獻(xiàn)

[1]梁永春.高壓電力電纜溫度場(chǎng)和載流量評(píng)估研究動(dòng)態(tài)[J].高電壓技術(shù)，2016（4）：1142-1150.

河南沈纜電纜有限責(zé)任公司，河南平頂山?467000