馮小軍

摘要：隨著高壓電力系統(tǒng)中性點(diǎn)改造為小電阻接地系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，對(duì)保護(hù)的配置要求也隨之改變，工程實(shí)際運(yùn)用中，保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生。

關(guān)鍵詞：高壓電纜;接地故障;排除

引言

電力電纜作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的安全運(yùn)行具有重要意義。一旦電纜發(fā)生故障后，如何在最短時(shí)間內(nèi)快速找出故障點(diǎn)，減少故障損失，減少不必要的人力浪費(fèi)一直是電纜行業(yè)十分重要的研究課題。本文電纜故障原理進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際，重點(diǎn)介紹電纜故障的探測(cè)原理和一種新型差分電位法的定位方法。

1故障探測(cè)原理

電纜故障后首先判斷故障類型，通過(guò)兆歐表、萬(wàn)用表等測(cè)試儀表進(jìn)行測(cè)試，一般分為單項(xiàng)接地、兩相短路、三相短路、單項(xiàng)開路、兩相開路、三相開路等故障，根據(jù)嚴(yán)重程度分為高阻故障和低阻故障。確定故障類型后就應(yīng)該確定故障范圍。當(dāng)電波沿著電纜傳播時(shí)，如果電纜的阻抗不均勻，電波將會(huì)形成反射。根據(jù)反射波的形狀和拐點(diǎn)，可判斷故障的類型和距離。

2高壓電纜接地故障形成原因

首先是外力破壞。外力破壞是電纜運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的主要原因，具體表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：一是市政工程建設(shè)過(guò)程中，施工單位在未經(jīng)全面勘測(cè)和與相關(guān)管線單位溝通的基礎(chǔ)上盲目施工，大型機(jī)械破路開挖，造成電纜外護(hù)套損傷或者直接傷及電纜線芯造成故障跳閘。二是電纜淺埋段長(zhǎng)期受到車輛、重物沖擊，造成電纜土建設(shè)施下沉、電纜護(hù)套開裂、本體拉傷斷裂。其次是敷設(shè)質(zhì)量。敷設(shè)施工質(zhì)量不良也是電纜發(fā)生故障的原因之一，具體表現(xiàn)為：①施工單位未按照施工方案和相關(guān)規(guī)程要求施工。②牽引機(jī)械布置間距過(guò)大、轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)小等原因，導(dǎo)致牽引力過(guò)大，超過(guò)規(guī)定限值導(dǎo)致電纜護(hù)套機(jī)械損傷。③長(zhǎng)電纜線路，電纜分段不均勻，交叉互聯(lián)箱接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓超過(guò)規(guī)程規(guī)定，電纜接地電流過(guò)大導(dǎo)致電纜發(fā)熱嚴(yán)重，最終導(dǎo)致電纜故障。

3電纜故障性質(zhì)分類

（1）開路故障。開路故障是指電纜線芯或金屬護(hù)套發(fā)生開斷的故障。開路故障發(fā)生的概率極低，一般伴隨有電纜的接地故障。（2）低阻（短路）故障。低阻（短路）故障是指芯線對(duì)地或線芯之間的絕緣電阻小于幾百歐姆的故障，一般小于10倍電纜波阻抗Z0。（3）泄漏性高阻故障。泄漏性高阻故障是指芯線對(duì)地或線芯之間的絕緣電阻大于幾百歐姆的故障，一般大于10倍電纜波阻抗Z0。

4電纜故障性質(zhì)診斷與測(cè)距

4.1混合線路電纜段故障精確定位

通過(guò)監(jiān)測(cè)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波傳輸?shù)诫娎|兩側(cè)終端行波采集模塊的時(shí)間差與行波在電纜中傳播的速度關(guān)系，分析計(jì)算故障點(diǎn)距離監(jiān)測(cè)終端的距離位置，從而定位故障點(diǎn)。分別進(jìn)行兩次電纜段中間接頭故障模擬試驗(yàn)，逐步升高試驗(yàn)電壓直至高壓電纜中間接頭擊穿，記錄電纜兩側(cè)終端處采集模塊監(jiān)測(cè)到的故障工頻暫態(tài)電流波形，經(jīng)小波分析。依據(jù)故障點(diǎn)精確定位計(jì)算公式（1），得到兩次電纜段中間接頭故障精確定位計(jì)算結(jié)果分別為15.8m和20.9m，與模擬試驗(yàn)設(shè)置的中間接頭故障點(diǎn)距離測(cè)試端25m的偏差分別為9.2m和4.1m;受模擬試驗(yàn)高壓電纜線路長(zhǎng)度限制，故障定位計(jì)算結(jié)果偏差較大，同時(shí)，該方法的定位精度主要取決于行波電流傳感器采集精度和同步時(shí)鐘精度。由試驗(yàn)結(jié)果可見，基于小波理論的雙端故障定位方法可實(shí)現(xiàn)高壓電纜線路區(qū)間內(nèi)故障的精確定位，定位精度偏差在9.2m之內(nèi)，對(duì)長(zhǎng)度達(dá)幾公里的高壓電纜線路而言，該故障定位精度可有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)故障點(diǎn)查找，提升搶修效率。

4.2波形比較法

波形比較法時(shí)高壓脈沖法的特別應(yīng)用。此法就是將同種類型的正常電纜和故障電纜的兩種波形相比較，從而判斷疑難故障。在測(cè)試電纜故障之前，首先應(yīng)對(duì)故障類型進(jìn)行判斷，以確定采用哪種測(cè)試方法。借助于萬(wàn)用表或兆歐表或其他工具及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)故障類型進(jìn)行預(yù)判。如果故障類型是開路、短路或低阻接地，應(yīng)使用高壓脈沖法進(jìn)行測(cè)量。如果是高阻故障，則應(yīng)采用高壓沖擊法。如果故障類型不能確定，則可以使用波形比較法。

4.2.1尋跡定位

電磁感應(yīng)棒來(lái)探測(cè)電纜的路由及埋深，差分定位弓及震動(dòng)探測(cè)器對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，適用于各種電力電纜、通訊電纜及具有金屬鎧甲的光纜。當(dāng)交流電流在導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，將會(huì)在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，并且該磁場(chǎng)的磁力線都是以該導(dǎo)體為同軸的此時(shí)如果將一電磁線圈放到該磁場(chǎng)中，線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓。移動(dòng)感應(yīng)線圈，當(dāng)線圈的方向與磁力線方向相同時(shí)，線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將會(huì)最大。也就是說(shuō)，當(dāng)線圈方向與導(dǎo)體方向垂直時(shí)，感應(yīng)電壓最大。根據(jù)信號(hào)的大小就可以判斷電纜的軌跡，的軌跡。

4.2.2差分電位法

差分違法主要是針對(duì)地埋電纜故障的查詢。方法是在故障電纜的測(cè)試點(diǎn)與地之間加上測(cè)試電壓，電纜的故障點(diǎn)周圍就會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)。越靠近故障點(diǎn)的磁場(chǎng)越強(qiáng)，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)的磁場(chǎng)越弱。

4.3參數(shù)敏感性分析

分析相關(guān)參數(shù)改變時(shí)r3變化敏感性：土壤電阻率從100Ω·m到1000Ω·m時(shí)，r3變化范圍為2.7%～3%，說(shuō)明入地電流r3對(duì)土壤電阻率變化不敏感;電纜相間距離從100mm到1000mm時(shí)，r3變化范圍為2.6%～3.1%，說(shuō)明入地電流r3對(duì)電纜相間距離變化不敏感;金屬護(hù)層單位長(zhǎng)度電阻從0.01Ω/km到0.4Ω/km改變，r3大小范圍為0.56%～21.5%，說(shuō)明入地電流r3對(duì)電纜金屬護(hù)層單位長(zhǎng)度電阻很敏感。架空線出線時(shí)入地電流分流系數(shù)一般在50%～90%之間。與電纜出線對(duì)比可見，電纜金屬護(hù)層的入地電流分流系數(shù)遠(yuǎn)比架空地線時(shí)小。對(duì)比架空地線分流系數(shù)計(jì)算公式的計(jì)算參數(shù)構(gòu)成，可知是由于高壓電纜金屬護(hù)層阻抗遠(yuǎn)小于架空地線，導(dǎo)致高壓電纜金屬護(hù)層分流效應(yīng)更明顯：高壓電纜金屬護(hù)層單位長(zhǎng)度電阻一般在0.01Ω/km～0.4Ω/km之間，而出線電纜由于電纜截面大，故一般取值較低;架空地線一般為鍍鋅鋼絞線或OPGW，架空地線為鍍鋅鋼絞線時(shí)單位長(zhǎng)度電阻一般在1Ω/km～7Ω/km之間，OPGW時(shí)在2Ω/km左右。

結(jié)語(yǔ)

總之，高壓輸電電纜主絕緣故障的主要原因根據(jù)占比由大到小分別是外力破壞、附件質(zhì)量、敷設(shè)質(zhì)量和本體質(zhì)量，對(duì)電纜運(yùn)檢人員確保電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行指明了工作重點(diǎn)和方向

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河南工學(xué)院電纜工程學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453003