蘇燕民

(福建棉花灘水電開發(fā)有限公司，福建龍巖364000)

0 引言

電纜供電以其安全、可靠、有利于美化城市與工礦布局等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用，但隨著其使用量日益增多，電纜故障也在不斷增加，如何快速準(zhǔn)確地找出電纜故障點(diǎn)，測(cè)出故障點(diǎn)距離及定位，這就要求測(cè)試人員首先要選好和用好測(cè)試儀，并能正確識(shí)別波形。目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用低壓脈沖法和脈沖電流法檢測(cè)波形，本文基于這兩種方法對(duì)電纜各種故障測(cè)距進(jìn)行分析，給出電纜故障探測(cè)步驟，結(jié)合實(shí)例對(duì)波形識(shí)別總結(jié)，以期達(dá)到節(jié)省人力物力、提高電纜故障尋測(cè)效率及縮短處理電纜事故時(shí)間的效果。

1 電纜故障的原因

電纜故障的原因大致可歸納為:機(jī)械損傷、絕緣受潮、絕緣老化變質(zhì)、過電壓引起的絕緣損壞、材料缺陷、護(hù)層的腐蝕、電纜過熱、電纜的絕緣物流失以及中間接頭和終端頭的設(shè)計(jì)和制作工藝問題等?？偟膩?lái)說(shuō)，由于制造缺陷而造成的電纜故障是不多的，而機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例，除此以外，故障常見的部位還多數(shù)發(fā)生于終端頭、中間接頭部分，因?yàn)槭┕べ|(zhì)量不良、工藝差，用料不當(dāng)，安裝中殘留缺陷如潮氣未去除干凈等，運(yùn)行后缺陷逐漸發(fā)展造成故障。

2 電纜故障性質(zhì)分類

由電纜絕緣損壞而引起的故障的類型大體上分為四大類:低電阻(或短路)故障、開路故障、閃絡(luò)性故障及高電阻故障。

(1)低電阻(或短路)故障。電纜的一芯或數(shù)芯對(duì)地絕緣電阻或者芯與芯之間絕緣電阻低于200 Ω(注意:這里所說(shuō)的低電阻值與用電橋法測(cè)試時(shí)所指的低電阻不一樣，電橋法認(rèn)為小于100 kΩ的故障為低電阻故障，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電橋法可以測(cè)量這類故障)，一般常見的有單相接地、兩相短路或接地及三相短路或接地等。

(2)開路故障。電纜有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，有時(shí)還伴有經(jīng)電阻接地的現(xiàn)象。

(3)閃絡(luò)性故障。電纜的一芯或數(shù)芯對(duì)地絕緣電阻或者芯與芯之間絕緣電阻比較高，但當(dāng)對(duì)電纜進(jìn)行直流(或交流)耐壓到某一值時(shí)，出現(xiàn)突然擊穿現(xiàn)象。這類故障大多在進(jìn)行預(yù)防性耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生，故障現(xiàn)象不穩(wěn)定。

(4)高電阻故障。電纜的一芯或數(shù)芯對(duì)地絕緣電阻或者芯與芯之間絕緣電阻低于正常值但高于200 Ω，這種情況由于電阻不是很高，電壓加不上。

3 電纜故障探測(cè)的步驟

電纜故障的探測(cè)一般要經(jīng)過診斷、測(cè)距、定點(diǎn)三個(gè)步驟。

3.1 電纜故障性質(zhì)的診斷

電纜故障性質(zhì)的診斷，即確定故障的類型與嚴(yán)重程度，以便于測(cè)試人員對(duì)癥下藥，選擇適當(dāng)?shù)碾娎|故障測(cè)距與定點(diǎn)方法。

可以根據(jù)故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象初步判斷故障的性質(zhì)。用兆歐表在電纜的一端測(cè)量各相對(duì)地及各相之間的絕緣電阻，如果測(cè)得的絕緣電阻較高時(shí)，應(yīng)作導(dǎo)體的連續(xù)性試驗(yàn)，即在電纜的一端將三相導(dǎo)體短路并接地，在另一端重復(fù)測(cè)量，以確定導(dǎo)體是否燒斷;而如果兆歐表測(cè)得的絕緣電阻指示為零時(shí)，還要用萬(wàn)用表測(cè)量故障電阻的精確值，以確定故障是否屬于低阻;另外，可通過直流(或交流)耐壓試驗(yàn)確定高電阻與閃絡(luò)性故障，弄清故障點(diǎn)的擊穿電壓。

3.2 電纜故障測(cè)距

電纜故障測(cè)距，又叫粗測(cè)，即在電纜的一端使用儀器確定故障距離。目前普遍采用行波測(cè)距法，即低電阻(或短路)故障與開路故障采用低壓脈沖法，它比電橋法簡(jiǎn)單直接;閃絡(luò)性故障與高電阻故障用脈沖電流法，兩者均通過脈沖信號(hào)在故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間測(cè)距，但前者是主動(dòng)向電纜發(fā)射探測(cè)電壓脈沖，后者是被動(dòng)記錄故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖電流信號(hào)，信號(hào)的記錄與處理顯示可由同一電路完成，故可使儀器同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能。

3.3 電纜故障定點(diǎn)

電纜故障定點(diǎn)，又叫精測(cè)，即按照故障測(cè)距結(jié)果，根據(jù)電纜的路徑走向，找出故障點(diǎn)的大體方位來(lái)，在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，利用聲磁同步測(cè)試法或音頻感應(yīng)測(cè)試法確定故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

一般來(lái)說(shuō)，成功的電纜故障探測(cè)都要經(jīng)過以上三個(gè)步驟，而其中最關(guān)鍵的是故障測(cè)距，因?yàn)橹挥袦y(cè)出故障距離，確定一個(gè)大體方位來(lái)，再在一個(gè)很小的范圍內(nèi)(10 m左右)來(lái)回移動(dòng)定點(diǎn)儀器探測(cè)電纜故障點(diǎn)聲磁或音頻信號(hào)精確定點(diǎn)就容易多了。

4 低壓脈沖法測(cè)距波形的分析

低壓脈沖反射法，又叫雷達(dá)法。主要是用于電纜的低阻(或短路)故障及開路故障的測(cè)距。這種方法比較簡(jiǎn)單直觀，通過觀察故障點(diǎn)反射脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差進(jìn)行測(cè)距。不同的故障性質(zhì)具有不同的反射波，如果發(fā)射脈沖是正極性的，回波脈沖也是正極性的，表示是開路故障;如果回波脈沖是負(fù)極性的，則是低阻(或短路)故障。對(duì)于低壓脈沖法測(cè)距波形的分析如圖1所示:

(1)良好電纜反射波形分析。t1時(shí)刻是測(cè)距儀發(fā)射脈沖，t2時(shí)刻為終端反射脈沖(即電纜全長(zhǎng)反射)，t3時(shí)刻為終端二次反射脈沖(即電纜全長(zhǎng)二次反射)，t1～t2或t2～t3所顯示的距離為電纜全長(zhǎng)。

(2)低阻(或短路)故障波形分析。t1時(shí)刻是發(fā)射脈沖，t2時(shí)刻為低阻(或短路)故障反射脈沖，t3時(shí)刻為終端反射，t4時(shí)刻為低阻(或短路)故障點(diǎn)二次反射。故障點(diǎn)距離為t1～t2或者t2～t4所顯示的距離。

(3)開路故障波形分析。t1時(shí)刻是發(fā)射脈沖，t2時(shí)刻為開路故障的反射脈沖，t3時(shí)刻為開路故障點(diǎn)二次反射。開路故障距離為t1～t2或者t2～t3所顯示的距離。

對(duì)于低壓脈沖法測(cè)距波形的分析，要把握住“極性、幅度、時(shí)間”三個(gè)要點(diǎn)。

圖1 低壓脈沖法測(cè)距波形分析

5 脈沖電流法測(cè)距波形的分析

電纜的高阻與閃絡(luò)性故障由于故障點(diǎn)電阻較大(大于10倍的電纜波阻抗)，低壓脈沖在故障點(diǎn)沒有明顯的反射(反射脈沖幅度小于5%)，故不能用低壓脈沖法測(cè)距。脈沖電流法是將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號(hào)，通過分析判斷電流行波信號(hào)在測(cè)量端與故障點(diǎn)往返一趟的時(shí)間來(lái)計(jì)算故障距離。脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號(hào)。脈沖電流法分直流高壓閃絡(luò)與沖擊高壓閃絡(luò)兩種測(cè)試方法，下面分別介紹。

5.1 直流高壓閃絡(luò)測(cè)試法(直閃法)波形分析

直流高壓閃絡(luò)測(cè)試法(簡(jiǎn)稱直閃法)用于測(cè)量閃絡(luò)性故障，即故障點(diǎn)電阻極高，在用高壓試驗(yàn)設(shè)備把電壓升到一定值時(shí)就產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿的故障，一般在預(yù)防性試驗(yàn)中出現(xiàn)的電纜故障多屬于該類故障。直閃法測(cè)試接線如圖2所示。

圖2 直閃法測(cè)試接線圖

直閃法典型波形如圖3所示，圖中第一個(gè)脈沖是由故障點(diǎn)傳來(lái)的放電脈沖，而第二脈沖是從故障點(diǎn)返回的反射脈沖。

圖3 直閃法典型波形

5.2 沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試法(沖閃法)波形分析

在故障點(diǎn)電阻不是很高時(shí)(＞200 Ω的高阻故障)，因泄漏電流較大，電壓幾乎全降到了高壓試驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)阻上，電纜上電壓很小，故障點(diǎn)形不成閃絡(luò)，故不能用直閃法，須使用沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試法(簡(jiǎn)稱沖閃法)。當(dāng)然，沖閃法除適用于高阻故障外，也適用于測(cè)試大部分閃絡(luò)性故障。沖閃法測(cè)試接線(見圖4)，與直閃法測(cè)試接線圖比較，不同之處只是在高壓試驗(yàn)設(shè)備與電纜導(dǎo)體之間串入一球形間隙G。

圖4 沖閃法測(cè)試接線圖

沖閃法典型波形如圖5所示，圖中第一個(gè)電流脈沖是電容對(duì)電纜的放電造成的，第二個(gè)脈沖是由故障點(diǎn)傳來(lái)的放電脈沖，放電脈沖在整個(gè)波形上幅值最大，且變化十分尖銳，在故障點(diǎn)擊穿后，放電脈沖到達(dá)測(cè)量點(diǎn)后產(chǎn)生反射折回故障點(diǎn)，在故障點(diǎn)又被反射回到測(cè)量點(diǎn)，這一過程不斷進(jìn)行。故障點(diǎn)放電脈沖與相應(yīng)的故障點(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)間差即故障點(diǎn)距離。

圖5 沖閃法典型波形

6 實(shí)例分析

6.1 實(shí)例1

(1)地點(diǎn):廈門正新海燕廠正東變10 kV 921柜至廈門正新實(shí)業(yè)(內(nèi)胎廠)開閉所902柜電纜。

(2)電纜概況:型號(hào)YJV22 3×300 mm28.7/10 kV，電纜總長(zhǎng)約mm，有兩個(gè)中間接頭。

(3)故障性質(zhì):單相低阻接地故障(C相)，用萬(wàn)用表測(cè)量C相對(duì)地電阻為1 Ω。

(4)使用儀器:山東淄博科匯電氣有限公司T-903A電力電纜故障測(cè)距儀。

(5)故障測(cè)距:因?yàn)槭墙宦?lián)聚乙烯電纜，波速度選取172 m/μs，用低壓脈沖法測(cè)量完好線芯得出電纜長(zhǎng)度為1077 m。首先在海燕廠內(nèi)電纜終端頭用低壓脈沖法分別測(cè)出B相(完好相)與C相(故障相)波形，兩波形比較后測(cè)出故障點(diǎn)在距離海燕廠終端頭527 m處(即離內(nèi)胎廠終端頭550 m處)，波形如圖6所示。

然后，在內(nèi)胎廠內(nèi)電纜終端頭同樣用低壓脈沖法分別測(cè)出B相與C相波形，比較后測(cè)出故障點(diǎn)在距離內(nèi)胎廠終端頭550 m處(即離海燕廠終端頭527 m處)，與前面在海燕廠測(cè)出的故障點(diǎn)數(shù)據(jù)完全吻合，故認(rèn)定該點(diǎn)為故障點(diǎn)。

圖6 完好相與故障相低壓脈沖波形比較

(6)故障定點(diǎn):用皮尺從內(nèi)胎廠開閉所電纜終端頭開始測(cè)量，一直量到550 m處(即內(nèi)胎廠圍墻外20 m處)，發(fā)現(xiàn)該處幾天前進(jìn)行過打樁施工，故立即進(jìn)行開挖后發(fā)現(xiàn)一根長(zhǎng)4 m多的水泥樁正好打在該電纜上。

6.2 實(shí)例2

(1)地點(diǎn):廈門嵩嶼電廠#2機(jī)主廠房6 kV 2 A段#6B柜(711)至燃料配電室6 kV運(yùn)煤除灰B段電纜。

(2)電纜概況:型號(hào)ZRC-YJV 3×150 mm26/6 kV，電纜總長(zhǎng)約592 m，通過橋架→豎井→電纜溝敷設(shè)，沒有直埋部分。

(3)故障性質(zhì):單相高阻接地故障，即B相對(duì)地用搖表測(cè)絕緣電阻0 MΩ(其他兩相對(duì)地絕緣電阻均在10000 MΩ以上)，用萬(wàn)用表進(jìn)一步測(cè)量B相對(duì)地電阻為50 kΩ。

(4)使用儀器:山東淄博科匯電氣有限公司T-903A電力電纜故障測(cè)距儀，T-302電纜測(cè)試高壓發(fā)生器，T-504電纜故障定點(diǎn)儀。

(5)故障測(cè)距:設(shè)波速度為172 m/μs，用低壓脈沖法測(cè)量一完好線芯得出電纜長(zhǎng)度為592 m左右。因?yàn)楣收闲再|(zhì)為單相高阻接地故障，用脈沖電流法之沖閃法進(jìn)行故障測(cè)距。沖擊電壓15 kV，使用2 μf電容器。波形如圖7所示，得出故障點(diǎn)在距離燃料配電室電纜終端頭303 m處。

(6)故障定點(diǎn):用皮尺從燃料配電室電纜終端頭開始測(cè)量到303 m處(該處為草地覆蓋，下有電纜溝)，用電纜故障定點(diǎn)儀采用聲磁同步測(cè)試法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)，未聽到放電聲，故繼續(xù)沿電纜敷設(shè)方向探測(cè)，最后在332 m處附近聽到明顯放電聲及看到相對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)聲磁波形，挖開草地掀起電纜蓋板后，發(fā)現(xiàn)電纜該處有一長(zhǎng)1 cm左右裂口對(duì)電纜支架放電。

圖7 沖閃波形1

為什么故障測(cè)距儀測(cè)出距離(303 m)與實(shí)際故障點(diǎn)距離(330 m)誤差達(dá)27 m呢?重新用沖閃法對(duì)電纜進(jìn)行故障測(cè)距錄波查找原因，最后得出真正故障點(diǎn)為332 m處的拐點(diǎn)(見圖8)。

圖8 沖閃波形2

比較圖7、圖8兩次故障測(cè)距波形，發(fā)現(xiàn)造成27 m測(cè)距誤差的原因是第一次測(cè)距時(shí)所設(shè)測(cè)量范圍(2752 m)太大了，結(jié)果得出的波形把真正故障點(diǎn)(圖7中標(biāo)注實(shí)際故障點(diǎn)位置)壓縮掩蓋，而第二次測(cè)距時(shí)將測(cè)量范圍設(shè)為較接近電纜實(shí)際長(zhǎng)度的688 m，顯示比例由2∶1改為4∶1后，實(shí)際故障點(diǎn)(拐點(diǎn))就顯現(xiàn)出來(lái)。此例表明，為提高故障測(cè)距的準(zhǔn)確性，合理靈活設(shè)置測(cè)量范圍、顯示比例大小很重要。

7 結(jié)束語(yǔ)

電力電纜故障探測(cè)是一項(xiàng)技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，而故障測(cè)距定位經(jīng)驗(yàn)積累是一個(gè)緩慢積累的過程，只有掌握波形的形成原因，及時(shí)準(zhǔn)確地采用低壓脈沖法或脈沖電流法進(jìn)行測(cè)距，分析波形的突變拐點(diǎn)，才能為故障的迅速處理贏得寶貴的時(shí)間，并能及時(shí)排除線路故障而迅速恢復(fù)供電。

［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［2］徐丙垠，李勝祥，陳宗軍.電力電纜故障探測(cè)技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［3］王潤(rùn)卿，呂慶榮.電力電纜的安裝、運(yùn)行與故障測(cè)尋［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.