三阻值法快速測(cè)量電纜金屬性接地點(diǎn)距離

吳小夢(mèng)

(華能海南發(fā)電股份有限公司，海南 海口 570311)

0 引言

在發(fā)電廠里，直流系統(tǒng)和6 kV廠用電系統(tǒng)分別屬于不接地系統(tǒng)和小接地電流系統(tǒng)，當(dāng)這些系統(tǒng)的電纜出現(xiàn)接地故障時(shí)，均需要及時(shí)地找到接地點(diǎn)并消除接地現(xiàn)象，恢復(fù)電纜對(duì)地絕緣，以保證直流和廠用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于電廠里各種電纜密集，電纜的敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，如果發(fā)生接地故障的電纜比較長(zhǎng)，那么接地點(diǎn)的查找將是一個(gè)非常困難的工作。一般需要用電纜接地故障查找儀對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距，再根據(jù)測(cè)距位置進(jìn)行查找。若無(wú)電纜故障查找儀，就只能分段沿線路查找，查找起來(lái)非常困難。這里針對(duì)電纜金屬性接地的情況，介紹一個(gè)簡(jiǎn)單快速測(cè)量出電纜接地距離的方法，以便定位接地點(diǎn)，快速消除電纜接地故障。

1 測(cè)算電纜接地距離的原理和方法

測(cè)算電纜接地距離的原理簡(jiǎn)單說(shuō)就是先測(cè)出電纜一端至接地故障點(diǎn)的直流電阻值R1，然后根據(jù)電纜的截面積及電阻率，利用公式(1)即可計(jì)算出電纜一端到接地點(diǎn)的長(zhǎng)度。

式中：L——電纜長(zhǎng)度，m；S——電纜截面積，mm2；ρ——電纜電阻率，Ω·mm2/m。

原理雖簡(jiǎn)單，可電阻R1是無(wú)法直接測(cè)量的，因此只能通過(guò)間接的方法得出。如果電纜是高阻接地，那電阻R1是難于測(cè)出的，但如果是金屬性接地，特別是完全金屬性接地，則完全有可能測(cè)出電纜一端至接地故障點(diǎn)的直流電阻R1，從而計(jì)算出接地點(diǎn)的距離。

這里介紹三阻值法，通過(guò)測(cè)量三個(gè)電阻值來(lái)間接計(jì)算R1。測(cè)量設(shè)備只需要一個(gè)精確的直流電阻測(cè)試儀就可以了，比如雙臂電橋等。具體步驟為：將接地故障電纜兩端的電纜接線均拆出，找出接地電纜芯A及與其截面相同的另一條電纜芯B，要求B對(duì)地的絕緣是合格的；在電纜一端將電纜芯A，B的線鼻連接一起并接觸良好，在電纜的另一端用直流電阻測(cè)試儀測(cè)量以下三個(gè)電阻值：

(1) 電纜芯A與地之間的電阻值RAN。

(2) 電纜芯B與地之間的電阻值RBN。

(3) 電纜芯A與B之間的電阻值RAB。

采用以下公式(2)即可計(jì)算出電纜測(cè)量端到接地點(diǎn)的電阻R1：

根據(jù)電纜導(dǎo)線的材質(zhì)查出其電阻率，如銅纜為0.017 5 Ω·mm2/m。將計(jì)算得的電阻值R1與電阻率以及電纜截面積代入公式(1)中，即可求出電纜接地部分長(zhǎng)度。

由于電纜是金屬性接地，所測(cè)的電阻值均比較小，因此要求直流電阻測(cè)試儀要有足夠的精度，保證所測(cè)阻值的準(zhǔn)確度。

2 電路模型及公式推導(dǎo)

2.1 電纜等效電路繪制

繪出電纜接地后各相線拆開(kāi)并將負(fù)載端的A，B線頭短接后的示意，如圖1所示(g為電纜接地故障點(diǎn))。

圖1 電纜等效電路

將各部分導(dǎo)線用電阻代替后的電路模型如圖2所示。

對(duì)于電源端的阻值測(cè)量，最終化簡(jiǎn)如圖3所示。

圖3 電纜等效電路模型簡(jiǎn)化

其中R3=R+R2，R=R1+R2，RgN為故障點(diǎn)g到電源側(cè)地N的等效接地電阻值。

2.2 計(jì)算公式推導(dǎo)

根據(jù)圖3電路圖，已知A，B，N三個(gè)端子間的電阻值，即可列出以下等式:

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 故障概況

某日，某電廠2×138 MW機(jī)組的直流系統(tǒng)發(fā)出“直流接地”報(bào)警信號(hào)，測(cè)量母線正極對(duì)地電壓為0 V，負(fù)極對(duì)地電壓-230 V，屬正極完全接地現(xiàn)象。對(duì)各饋線支路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)接地是由于4號(hào)機(jī)的廠副400 V-4段直流合閘電源電纜發(fā)生接地引起的。斷開(kāi)該電纜的兩端開(kāi)關(guān)，退出故障電纜運(yùn)行，臨時(shí)消除了接地故障。但為保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要及時(shí)處理好故障電纜。

該故障電纜型號(hào)為VV22-2×25，由直流屏經(jīng)電氣主控樓天橋下的電纜槽架至4號(hào)機(jī)主廠房，再轉(zhuǎn)到地下電纜隧道，最終通過(guò)電纜豎井上到廠副400 V開(kāi)關(guān)室，長(zhǎng)度有200多m。電纜距離較遠(yuǎn)，最高處有7 m，需搭架，且所經(jīng)電纜隧道電纜密集，環(huán)境復(fù)雜，非常不利于查找。

3.2 電纜接地點(diǎn)距離測(cè)算

用萬(wàn)用表簡(jiǎn)單測(cè)量了故障電纜正極芯線對(duì)地的電阻，發(fā)現(xiàn)不到1 Ω，屬于完全金屬性接地。電纜負(fù)極芯線對(duì)地測(cè)絕緣大于50 MΩ，絕緣良好。通過(guò)對(duì)電纜接地后電路的分析，認(rèn)為完全可利用圖3的電路模型進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，可以使用QJ-44型雙臂電橋(量程0～11 Ω)精確測(cè)量故障電纜的各組電阻值，代入公式(2)計(jì)算出至故障點(diǎn)的直流電阻，進(jìn)而計(jì)算出接地點(diǎn)距離。

短接負(fù)載端正、負(fù)極芯線，進(jìn)行測(cè)量，有：

3.3 電纜接地點(diǎn)查找及處理

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，表明接地點(diǎn)距電纜電源端46 m處，這大大縮小了查找范圍。經(jīng)用皮卷尺測(cè)量比較，接地點(diǎn)位于電氣主控樓前馬路正上方的天橋電纜槽內(nèi)。馬路約6 m寬，所查范圍就在這6 m電纜槽內(nèi)。使用升降機(jī)對(duì)電纜槽進(jìn)行檢查，終于在這段6 m電纜的中間找到了接地點(diǎn)，與測(cè)量的故障點(diǎn)位置誤差不到3 m。故障電纜原來(lái)是被懸掛“限高5 m”標(biāo)示牌的長(zhǎng)釘扎穿，直接與鋁質(zhì)的電纜槽殼接地了。經(jīng)了解，天橋上限高標(biāo)示牌安裝時(shí)沒(méi)有聯(lián)系人在場(chǎng)監(jiān)護(hù)，外包人員對(duì)電氣設(shè)備不熟悉，直接將牌釘在了電纜槽上，從而扎傷電纜。

剖開(kāi)電纜接地點(diǎn)處的外層，對(duì)受損的電纜芯進(jìn)行了絕緣處理，再將電纜包好，使用1 000 V搖表測(cè)量故障電纜正、負(fù)極對(duì)地絕緣均在50 MΩ以上。至此，該直流電纜接地故障算是徹底消除了，經(jīng)過(guò)處理后的直流電纜及時(shí)恢復(fù)了正常運(yùn)行。

本次電纜金屬性接地點(diǎn)查找，利用了三阻值法進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，間接測(cè)出接地點(diǎn)的距離，快速查找到了電纜接地點(diǎn)并處理好故障，使得本來(lái)較復(fù)雜的查找工作變得輕松快捷，真正做到了事半功倍的效果，為及時(shí)消除安全隱患做出了積極貢獻(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)電廠來(lái)講，電纜發(fā)生金屬性接地故障的情況還是有可能碰到的，特別是人為弄傷的情況。雖然電廠并不一定有專用的電纜故障查找設(shè)備，但一臺(tái)直流電阻測(cè)試儀還是可能有的。目前小型精確數(shù)字式電阻測(cè)試儀的使用也比較普遍，這給以上介紹的三阻值法的應(yīng)用提供了可行性。采用本方法測(cè)量接地點(diǎn)距離，主要針對(duì)的是電纜金屬性接地故障，即接地電阻RgN較小，與電纜導(dǎo)線本身電阻相差不太大的情況，這樣測(cè)出的電阻值精度才較高，計(jì)算出的距離才準(zhǔn)確。