胡 泊

（西安供電公司高壓電纜運(yùn)檢中心，陜西 西安 710065）

0 引 言

本文對(duì)于110 kV 電纜可能發(fā)生的故障進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并且總結(jié)了一般故障發(fā)生的原因，以期為針對(duì)性的解決電纜故障提供一定的借鑒作用。

1 110 kV 電纜故障原因剖析

在我國(guó)社會(huì)實(shí)踐過(guò)程中，電纜可能會(huì)發(fā)生低阻、高阻、斷線、泄露及閃絡(luò)等故障[1]。

但隨著我國(guó)市場(chǎng)化進(jìn)程的不斷深入，市場(chǎng)對(duì)于電力提出了更高層面的需求。110 kV 電纜是我國(guó)電網(wǎng)架設(shè)的主力軍，但是在制造工藝低和風(fēng)化等作用下，架設(shè)完成的電纜經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，故障原因具體可分為如下3 個(gè)方面。

首先，機(jī)械損害。機(jī)械損害是指架設(shè)完成的電纜受到外力損害、牽引力超過(guò)承受能力及剝切損害等。其次，受潮損害。受潮損害就是因?yàn)槊芊獠涣级鴮?dǎo)致的電纜受潮，最終使電纜受損。最后，絕緣損害。電纜一旦鋪架完成，便會(huì)長(zhǎng)期暴露在空氣中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的日曬和風(fēng)化，電纜外層絕緣體功能會(huì)減弱，進(jìn)而使電纜出現(xiàn)故障[2]。

對(duì)于絕緣損害，根源就在于電纜工藝并不完善，我國(guó)現(xiàn)行電纜絕緣體大多采取塑料或者橡膠材質(zhì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)吹日曬，會(huì)出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而使電纜的絕緣功能受損。但是隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，高耐受力的絕緣材料已經(jīng)問(wèn)世，未來(lái)電纜的絕緣損害程度會(huì)大幅度降低。對(duì)于受潮損害，其根源在于酸雨對(duì)于電纜的腐蝕，一旦電纜的保護(hù)層被腐蝕出漏洞，就極易可能發(fā)生擊穿的危險(xiǎn)。機(jī)械損害電纜絕緣體受外力作用影響出現(xiàn)故障。機(jī)械損害是電纜故障的主要來(lái)源，尤其是對(duì)于低架設(shè)電纜，因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車(chē)行駛碾壓或者動(dòng)物啃食等也極易使電纜出現(xiàn)損傷[3]。

2 電纜故障排查方法及其原理分析

110 kV 電纜可能產(chǎn)生的故障類(lèi)型繁多，但是最主要的故障是絕緣體功能損害。對(duì)于有針對(duì)性的檢測(cè)技術(shù)，我國(guó)遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是在智能排查領(lǐng)域，我國(guó)至今仍沒(méi)有研制出專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)機(jī)器。因此，必須結(jié)合電纜實(shí)際情況，采取多種途徑對(duì)故障原因進(jìn)行排查。在實(shí)際操作過(guò)程中，電橋法成為故障排查適用范圍最廣的方法。但是隨著電磁理論與實(shí)踐的進(jìn)一步融合，新型的檢測(cè)方法逐步問(wèn)世，進(jìn)一步降低了我國(guó)在電纜故障排查層面的工作風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 電橋法

電橋法是運(yùn)用電橋平衡原理進(jìn)行測(cè)量，即在電橋平衡狀態(tài)下，電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大[4]。

2.2 雷達(dá)法

利用雷達(dá)法對(duì)電纜進(jìn)行故障排查主要是利用反射脈沖和發(fā)射脈沖之間存在的時(shí)間差，通過(guò)時(shí)間差計(jì)算完成測(cè)距。在電纜故障排查時(shí)，脈沖信號(hào)被輸送到電纜過(guò)程中會(huì)在電纜內(nèi)自由穿梭，一旦遇到阻抗點(diǎn)時(shí)會(huì)形成相應(yīng)反射，專(zhuān)業(yè)的測(cè)量?jī)x器會(huì)將相關(guān)的反射脈沖進(jìn)行分析，再通過(guò)運(yùn)算公式計(jì)算出故障發(fā)生的大體位置。

不同的反射極性也直接反映出不同的故障原因。如果發(fā)射脈沖和反射脈沖之間的極性一致，則說(shuō)明電纜是發(fā)生了開(kāi)路故障；如果反射脈沖和發(fā)射脈沖之間的極性相反，則說(shuō)明電纜可能發(fā)生了低阻故障。雷達(dá)法在電纜測(cè)量過(guò)程中比較簡(jiǎn)單，并且有專(zhuān)業(yè)公式進(jìn)行計(jì)算，可以準(zhǔn)確測(cè)量出電纜的故障位置。但是脈沖在電纜內(nèi)運(yùn)行也會(huì)有一定的局限性，時(shí)間寬度受限是其最大的局限性，超過(guò)相應(yīng)的時(shí)間寬度，反射和發(fā)射之間在脈沖層面會(huì)產(chǎn)生重疊，進(jìn)而形成盲區(qū)。因此，對(duì)于高阻和閃絡(luò)故障，雷達(dá)法并不能準(zhǔn)確測(cè)量故障原因。

2.3 直閃法

在閃絡(luò)故障排查過(guò)程中，直閃法是故障排查效率最高的方法。閃絡(luò)故障點(diǎn)會(huì)存在較高的電阻，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員能夠利用高壓試驗(yàn)設(shè)備讓故障點(diǎn)出現(xiàn)躍變波和脈沖波，并且在測(cè)試口將反射回來(lái)的電磁波進(jìn)行詳細(xì)記錄，根據(jù)記錄下來(lái)的波形計(jì)算電波在電纜內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)電波運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而推算出故障發(fā)生點(diǎn)。電壓法和電流法是直閃測(cè)量法最主要的兩種信號(hào)采集方式。

在110 kV 電纜排查領(lǐng)域，電壓法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)波形變化較小、誤差較大等問(wèn)題，所以在實(shí)踐過(guò)程中，電流法是運(yùn)用最廣泛的故障排查方法。利用電流法進(jìn)行電纜故障排查，電流耦合器即使于高壓回路之間沒(méi)有形成連接，也可以進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。這種測(cè)量方式保障了測(cè)量人員的人身安全，并且操作比較簡(jiǎn)單。此外，耦合器收集來(lái)的電波信號(hào)也可以以直觀的形式進(jìn)行故障排查辨認(rèn)[5]。

直閃法在實(shí)際故障排查檢測(cè)過(guò)程中，能夠準(zhǔn)確收集擊穿瞬間的信號(hào)，并且利用這一瞬間的信號(hào)進(jìn)行故障點(diǎn)排查。通過(guò)這種方式得出的故障點(diǎn)準(zhǔn)確性較高。但是任何事物都有正反兩個(gè)方面，該方法在進(jìn)行電纜故障排查過(guò)程中也存在相應(yīng)的問(wèn)題。最核心的問(wèn)題在于多次放電后，電纜故障點(diǎn)會(huì)因?yàn)樘甲柰ǖ赖淖璧K無(wú)法再利用該種方法進(jìn)行測(cè)量。尤其是在電阻逐漸下降過(guò)程中，當(dāng)電阻下降到臨界點(diǎn)后便不會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)，直閃法也就沒(méi)有任何用武之地。

2.4 沖閃法

沖閃法能夠有效地彌補(bǔ)直閃法的功能不足，尤其是當(dāng)電阻低或者擊穿通道形成時(shí)，直閃法的檢測(cè)設(shè)備在容量和內(nèi)阻的限制下無(wú)法進(jìn)行有效測(cè)量，但是沖閃法正是由于其高壓豁免性能對(duì)低電阻故障點(diǎn)進(jìn)行精確排查。沖閃法的測(cè)量原理仍舊是以電流法為主。

本質(zhì)上，沖閃法是對(duì)直閃法的優(yōu)化升級(jí)，沖閃法和直閃法相比，只是增大了放電間隙。電纜的電容一旦達(dá)到臨界值，也有可能發(fā)生電纜擊穿，進(jìn)而導(dǎo)致間隙擊穿，此時(shí)電流就會(huì)對(duì)電纜放電。但是間隙放電于故障擊穿之間仍舊存在本質(zhì)上的差距，間隙放電是電波到達(dá)末端后，因?yàn)榉瓷洳ㄖ丿B到發(fā)射波之上，進(jìn)而出現(xiàn)振幅增強(qiáng)的電波，從而使得故障點(diǎn)擊穿。沖閃法與直閃法相比，沖閃法雖然可能會(huì)產(chǎn)生擊穿電壓，但是其接線比較簡(jiǎn)單，形成的波形信號(hào)極易分析，適用范圍更加廣，尤其是對(duì)于斷路和高阻故障使用效果更加明顯[6]。

2.5 聲測(cè)法

通過(guò)前4 種方法的使用，對(duì)電纜可能發(fā)生故障的范圍進(jìn)一步縮小，但是具體的故障點(diǎn)仍舊存在模糊，此時(shí)就可以使用聲測(cè)法進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)距。在沖擊電壓設(shè)備的幫助下，脈沖電壓能夠讓故障點(diǎn)發(fā)生規(guī)律性放電。放電能量越大，故障點(diǎn)釋放的聲音便會(huì)越大，可以借助這種方式大體約束故障點(diǎn)的范圍。在范圍進(jìn)一步縮小的情況下，技術(shù)人員利用定點(diǎn)儀能夠精準(zhǔn)確定故障發(fā)生點(diǎn)，即聲音最大的地方，便是故障點(diǎn)的精確所在。但是聲測(cè)法也具有一定的適應(yīng)局限性，尤其是在低阻故障排查過(guò)程中，電能聲音可能比較微弱，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行有效排查[7]。

2.6 聲磁同步法

該種方法是對(duì)聲測(cè)法的改良，在聲測(cè)法所適用的基礎(chǔ)上加入了電磁接收設(shè)備，進(jìn)而使得該種方法不僅可以通過(guò)聲音來(lái)進(jìn)行故障點(diǎn)的排查，也可以通過(guò)收集來(lái)的電磁波進(jìn)行定點(diǎn)排查，在聲音和電磁波的雙重作用下，最終確定故障發(fā)生的。該種方式的原理在于故障點(diǎn)在進(jìn)行放電發(fā)出聲音的過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)脈沖信號(hào)，使得電磁波和聲波能夠?qū)崿F(xiàn)同步接受。如果一個(gè)位置既能夠探測(cè)到聲波也能夠探測(cè)到電磁波，就說(shuō)明故障點(diǎn)已經(jīng)被找到。尤其是在周?chē)肼曒^大的環(huán)境下，該種方法能夠有效識(shí)別故障。

3 結(jié) 論

在110 kV 電纜被廣泛使用的當(dāng)代，其出現(xiàn)故障的原因以及有效的排查方式，仍舊是相關(guān)人員進(jìn)一步探索的方向。尤其需要通過(guò)技術(shù)的力量，縮短故障排查時(shí)間，提高故障排查效率。