方建文

（云南大唐國際那蘭水電公司有限公司，云南 昆明 65000）

1 電力系統(tǒng)設(shè)備故障點查找的重要性

當(dāng)電力線路遭受雷擊或發(fā)生故障閃絡(luò)后，繼電保護(hù)裝置在第一時間動作跳閘，使設(shè)備避免進(jìn)一步損壞。雖然大多數(shù)情況下發(fā)生的瞬時性故障，可以通過自動重合閘將線路重新投入運行，提高供電可靠性。但對于未投入重合閘功能的線路，以及線路發(fā)生永久性故障的情況，跳閘后必然要進(jìn)行事故處理，常規(guī)手段就是靠運行人員巡視排查，找到故障點并進(jìn)行消除，而這一處理過程中最重要的就是故障點查找，其進(jìn)度往往決定了恢復(fù)送電的快慢。對于電力企業(yè)而言，設(shè)備的安全穩(wěn)定運行始終處于極其重要的位置，它直接關(guān)乎電量等利潤指標(biāo)，因此，故障的快速處理，盡可能以最短時間恢復(fù)送電，最大限度縮短停電檢修時間始終是電力企業(yè)的追求目標(biāo)。線路接地故障過程極其短暫，繼電保護(hù)裝置就已迅速響應(yīng)，切除故障線路，此時故障點可能尚未產(chǎn)生明顯痕跡，因此，在對進(jìn)行設(shè)備巡視排查時，往往難以發(fā)現(xiàn)擊穿點或放電區(qū)域，或者由于放電點比較隱蔽，造成漏查而耽誤整個恢復(fù)送電進(jìn)程。隨著發(fā)電用一次能源結(jié)構(gòu)正逐步改變，化石燃料形式的能源占比逐步降低，新能源電力企業(yè)快速發(fā)展，風(fēng)力、光伏發(fā)電場逐步增多，這類新能源發(fā)電企業(yè)主要以集電線路的形式實現(xiàn)匯流，必然就面臨線路跳閘停運風(fēng)險。由于單機小、數(shù)目多、廠區(qū)范圍大的特點，新能源場站的線路故障查找處理更難以實施，這就使得故障點的快速查找具有更加重要的意義。

2 常規(guī)處理方案及缺點

以目前國內(nèi)電力行業(yè)的整體情況來看，新能源發(fā)電廠匯流集電線路主要以35kV為主，且一般不投入重合閘功能。因此，線路跳閘事故發(fā)生后，應(yīng)首先確定故障的真實性，在確認(rèn)線路存在故障點的情況下，進(jìn)一步采取各種手段，縮小查找范圍，最終準(zhǔn)確定位故障點，并進(jìn)行處理。處理完成后，應(yīng)繼續(xù)選用合適方案檢驗設(shè)備狀態(tài)，防止處理工藝不達(dá)標(biāo)或者線路仍存在其他故障點。一般而言，可采用目測巡視、分段測絕緣、交流耐壓試驗等方法協(xié)助查找故障點。各方案的特點分別如下。

2.1 目測巡視法

目測巡視是故障點查找的原始手段，該方法根據(jù)對故障跳閘的線路進(jìn)行巡視檢查，找到放電點判斷故障位置，在架空線路和地埋電纜兩種不同線路形式下，查找方式有所不同。架空線路發(fā)生接地故障跳閘后，可通過桿塔絕緣子串上留下的痕跡確定接地故障發(fā)生的位置。根據(jù)運行經(jīng)驗，懸垂絕緣子串遭受雷擊放電后，傘裙邊緣會有明顯有燒傷，呈直線分布，且屬橫擔(dān)側(cè)、導(dǎo)線側(cè)絕緣子燒傷最為嚴(yán)重，而桿塔側(cè)掛點金具的聯(lián)接點可能會燒熔，懸垂線夾或者導(dǎo)線會出現(xiàn)明顯的銀白色亮斑。當(dāng)導(dǎo)線垂直或者三角排列的時候，故障點一般在上絕緣子串；當(dāng)導(dǎo)線水平排列的時候，擊穿點則一般在兩根邊線。其他如絕緣子閃絡(luò)，可根據(jù)表面裂紋、絕緣子自爆等現(xiàn)象進(jìn)行觀察，導(dǎo)線對樹木放電的情況，可根據(jù)實際的樹障距離做有針對性的檢查。地埋電纜的故障點一般出現(xiàn)在中間接頭及終端頭位置，查找時，側(cè)重巡視終端箱、接頭盒位置。其中戶外式終端頭由于直接處在惡劣環(huán)境下，若終端頭制作工藝不達(dá)標(biāo)、潮氣入侵，或污穢嚴(yán)重時，可能發(fā)生閃絡(luò)或擊穿；而終端箱內(nèi)往往由于電纜本體與母排連接螺栓距離不夠，在濕度大的情況下極有可能對電纜屏蔽層放電。電纜線路的接地故障有明顯灼傷擊穿痕跡時，需劃開終端頭檢查確認(rèn)。

2.2 分段測絕緣法

分段測絕緣法則是通過對分段的線路進(jìn)行絕緣電阻測試，根據(jù)測得值判斷線路是否存在故障。由于絕緣電阻測量一直是評估設(shè)備狀態(tài)的基本參數(shù)，在故障點排查時也常常用來參考。在線路較長，但電容值較大的情況下，需要借助吸收比、極化指數(shù)指標(biāo)做輔助分析。實際作業(yè)時，長線路所測得的絕緣值較低，無法直接判斷故障情況，可借助線路分段接頭或電纜終端將長線路分成若干段，然后進(jìn)行分段絕緣測試的方法。先將故障點確定在較小的范圍內(nèi)，然后開展細(xì)致檢查。

2.3 交流耐壓法

交流耐壓法是借助串聯(lián)諧振耐壓設(shè)備對跳閘線路施加高電壓條件，觀察設(shè)備在跳閘后的承受高壓的能力，用以判定當(dāng)前線路是否存在故障點，或是判別線路是否具備送電條件。在線路故障跳閘后，可將解開線路上連接的變壓器，對線路進(jìn)行分相耐壓試驗。一般以線路電壓等級對應(yīng)的額定相電壓作為參考，觀察線路各相在額定電壓下的運行情況，若線路上存在缺陷或故障點，則由于有較大的泄漏電流存在，耐壓設(shè)備施加的電壓往往無法升高到額定值。

對比上述3種常規(guī)處理方案，首先，目測巡視法在放電痕跡明顯、擊穿點較大或伴隨絕緣子片自爆、有直擊雷痕跡及設(shè)備外表灼燒變焦等情況下，這種方法快捷有效，但是在高阻接地故障時，由于沒有明顯故障點，將不能提供確定的故障點信息，這種情況下巡視不僅需要耗費大量時間，而且需要豐富的工作經(jīng)驗。在新能源場站點多面廣的情況，該方法工作效率較低；與之相比，分段測絕緣法雖然簡單易實施，但由于線路設(shè)備的設(shè)計條件各不相同，在電纜段、架空段相互穿插，環(huán)境條件的改變等因素的影響下，絕緣電阻值往往在較大的范圍內(nèi)變化。一般而言，較短的電纜線路絕緣值能達(dá)到幾千兆歐，但較長的架空線路可能只有幾十兆歐，實際生產(chǎn)過程中，也出現(xiàn)了較低的絕緣電阻值能正常投運，而較高的絕緣值卻送電失敗的情況，只有當(dāng)絕緣電阻值極低，明顯不能投運時，這種方法才有一定作用，可見其適用范圍較窄，且可靠性強；而交流耐壓法在線路永久缺陷存在時，直觀的表現(xiàn)是電壓停留在某個較低值，無法繼續(xù)升高，此后無法為故障點查找提供進(jìn)一步幫助，從試驗可行性方面來看，調(diào)壓原理施加高壓往往需要較高的電源功率，而在戶外作業(yè)時難以提供大功率交流電源，而串聯(lián)諧振原理的耐壓試驗則由于中間變壓器、補償電抗器過于笨重，難以滿足快速機動、頻繁轉(zhuǎn)場試驗的要求。因此，在快速、正確查找故障點的迫切需求下，找到一種適用性強、方便可行的辦法對電力生產(chǎn)極為重要。直流脈沖查找方案就是在這樣的情況下提出的。

3 直流脈沖法查找故障點實施方案

直流脈沖法是通過電容儲能存儲高壓，由高壓能量擊穿放電球隙，對故障電纜進(jìn)行沖擊。由于脈沖放電瞬間電壓很高，擊穿瞬間等同于給故障線路施加高電壓，完美解決了故障線路無法施加高壓的問題。以新能源電廠35kV線路故障查找為例，其原理如圖1所示。

圖1 直流脈沖法原理圖

3.1 方案原理

在試驗設(shè)備側(cè)，用市電與調(diào)壓變壓器連接作為輸入級，調(diào)壓變壓器輸出端與升壓變壓器相連接為中間級，升壓變輸出為高壓級。高壓輸出通過二極管構(gòu)成半波整流，用脈沖電容進(jìn)行儲能，為便于觀察，可在輸入級、中間級分別接入電流表、電壓表指示試驗狀態(tài)，高壓級并接高壓電壓表顯示高壓側(cè)電壓。由于空氣擊穿電壓與間隙距離有良好的線性關(guān)系，在大多數(shù)情況下，氣隙的擊穿電壓約30kV/cm，因此，在試驗前，須通過調(diào)整間隙距離的大小來控制沖擊電壓的幅值，一般使間隙擊穿電壓比系統(tǒng)運行電壓略高即可。試驗時，調(diào)整調(diào)壓變壓器輸出由0開始逐漸增大，此時，中間級電壓表、高壓電壓表示數(shù)逐漸增大，而電流表指示了當(dāng)前充電電流，此后繼續(xù)緩慢增大調(diào)壓變輸出電壓，直至放電間隙擊穿時觀察現(xiàn)象。若線路上存在接地點或絕緣薄弱點，則在沖擊電壓的作用下，接地點發(fā)生對地放電，重現(xiàn)故障現(xiàn)象。實踐經(jīng)驗表明，當(dāng)電纜及架空線路存在接地故障點時，在沖擊電壓的作用下，故障點處會有較大擊穿聲音，甚至?xí)殡S明顯火花放電現(xiàn)象，現(xiàn)場人員可借此定位故障點位置。

3.2 試驗現(xiàn)象

在完成設(shè)備調(diào)整操作后，設(shè)備進(jìn)入電容充電—間隙放電階段。在放電時，間隙處有明顯火花，伴隨電流表示數(shù)急劇升高、高壓電壓表示數(shù)瞬間降低，此時，若是線路上有故障點，則故障點處也有明顯的火花放電現(xiàn)象。在一次放電后，電容繼續(xù)充電，高壓電壓表示數(shù)緩慢回升，當(dāng)達(dá)到間隙擊穿電壓時，進(jìn)行第二次擊穿放電，此后循環(huán)以上過程。兩次放電時間間隔較短，會因具體試驗對象的不同而略有差異，典型的時間間隔一般在十幾秒至幾十秒之間。

若線路上無故障點，則進(jìn)行直流脈沖試驗時，被測線路能表現(xiàn)出較好的耐壓穩(wěn)定性。此時，放電間隙仍會周期性擊穿放電，但放電的劇烈程度明顯小于線路有故障的情況。在實際試驗中，當(dāng)線路上不存在故障點時，高壓電壓表指示在一個較穩(wěn)定的電壓值，放電間隙擊穿瞬間，高壓電壓表示數(shù)跌落至原來的80%左右（與之相對的，對于故障線路，示數(shù)跌落為原來的10%～20%），此后電壓回升，繼續(xù)保持耐壓狀態(tài)，較長時間后第二次擊穿，兩次擊穿的時間間隔約2～5min，與故障線路有明顯區(qū)別。

3.3 優(yōu)點

直流脈沖法解決了故障線路無法施加高壓的問題，在面對故障點不明顯，難以定位的情況下有明顯優(yōu)勢。對存在高阻接地故障的線路上，采用直流高壓進(jìn)行沖擊，可使故障點情況劣化，發(fā)生火花放電或伴隨擊穿聲音，有助于運維人員準(zhǔn)確定位故障點。在電纜線路上有故障時，該方案可協(xié)助檢查電纜終端頭、中間接頭是否存在故障點，避免因錯誤懷疑接頭處故障而劃開檢查，節(jié)省了接頭制作成本。與其余試驗方案相比較，該方案簡單易實施，設(shè)備輕便，可行性好，大大節(jié)省了故障點查找效率。

3.4 注意事項

（1）在進(jìn)行放電間隙距離調(diào)整時，可先將間隙一側(cè)接地，然后調(diào)節(jié)調(diào)壓變輸出，直到放電，記錄此時的電壓值即為放電間隙的擊穿電壓，試驗時應(yīng)使該值略高于系統(tǒng)運行電壓，但在間隙調(diào)整完畢后，不應(yīng)再改變放電間隙距離。

（2）對于電纜線路，應(yīng)使電纜屏蔽層接地與試驗設(shè)備接地處于同一接地點，以確保故障點放電正常。

（3）在原理圖中，二極管極性的正反僅改變直流高壓側(cè)的正負(fù)極性，不影響試驗的進(jìn)行，但根據(jù)直流高壓試驗應(yīng)遵循負(fù)極性接線的原則，二極管極性的選擇應(yīng)保證加壓電極為負(fù)電位。

（4）在對無故障線路進(jìn)行試驗時，放電間隙也會周期性擊穿，這是由于被測線路充滿電荷后會對周圍環(huán)境緩慢放電，當(dāng)電荷損失到一定程度時，間隙輕微擊穿，為被測線路補充電荷。由于線路上無故障點，放電時間常數(shù)很大，故擊穿時高壓跌落較小，擊穿周期長。

（5）在試驗時，可采用分立式設(shè)備搭建電路，也可使用成套直流脈沖耐壓設(shè)備，但應(yīng)注意平穩(wěn)緩慢升壓，避免對無故障線路施加過高電壓或損壞設(shè)備。

（6）由于直流脈沖放電試驗電壓較高，試驗過程須特別注意人身安全，嚴(yán)格遵守安全規(guī)定，并防止試驗時人員誤碰故障線路。

（7）試驗結(jié)束后，應(yīng)分別對高壓電容器、被測線路充分放電，不能遺漏。

4 典型案例分析

（1）某風(fēng)電場35kV架空集電線路故障跳閘，先派出人員采用目視巡線方式，未發(fā)現(xiàn)明顯故障點，后采用分段絕緣測試方案，各段絕緣值均在300MΩ以上，無法判定故障點位置，最后進(jìn)一步將分段細(xì)化，并將絕緣值橫向?qū)Ρ?，判斷故障點在8號風(fēng)機終端桿塔至箱變連接電纜處，該電纜長度約200m。此后，對電纜進(jìn)行交流耐壓試驗，電壓只能升高至約6kV，隨后懷疑兩端6個終端頭處有故障點，但外觀完好，將終端頭逐一劃開檢查后未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，耗時4天。隨后進(jìn)行電纜開挖，發(fā)現(xiàn)箱變下方地埋電纜外護(hù)套及鋼鎧有凹陷痕跡，疑接地改造釘入垂直接地極對電纜絕緣造成損傷，此時，對電纜故障相進(jìn)行直流脈沖試驗，在間隙擊穿時，電纜損傷位置出現(xiàn)明顯放電火花。若提前采用直流脈沖放電方案，可能有助于提升故障點查找效率，并避免6個完好的電纜終端頭被誤劃開，節(jié)省維護(hù)成本。

（2）某風(fēng)電場雷雨天氣下兩條35kV集電線路故障跳閘，對其分別進(jìn)行直流脈沖試驗，試驗參數(shù)及參考值如表1所示。

表1 35kV集電線路直流脈沖試驗參數(shù)

從試驗結(jié)果來看，兩條線路無故障點存在，隨后進(jìn)行細(xì)致巡視檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅰ回線無故障點，Ⅱ回線兩臺箱變高壓室電纜終端頭有燒傷痕跡，但拆開檢查后未傷及電纜主絕緣，疑因環(huán)境潮濕，且電纜本體與母排螺栓距離過短，造成對屏蔽層放電，將冷縮終端重新處理后送電成功。

5 結(jié)語

直流脈沖法適用性強、方便可行，能大大提高電力系統(tǒng)事故跳閘處理效率，對查找線路接地故障具有重要意義。