电力电缆故障测距

【摘 要】文章综述了电力电缆故障的原因及常见故障类型,介绍了电力电缆故障测距步骤,分析了故障测距各种方法的优缺点和及其适用范围.

【关 键 词】电力电缆；故障测距；波形；定点

引言

电力电缆供电以其安全、稳定、可靠、有利于美化城市等优点,获得了广泛的应用.但电缆的故障检修费时费力,给人民生活带来不便,对供电企业的供电可靠性造成很大的影响.寻求一种快捷、准确的电力电缆故障测距方法,以缩短检修时间、减少停电损失,已成为国内外科研技术人员的共同目标.

1.造成电力电缆故障的原因

为了减少电缆的损坏,快速判定出故障点,我们首先要了解电力电缆故障的原因.可以归纳为以下几点：

（1）机械损伤：如挖掘等外力造成的损伤.

（2）绝缘层老化变质：电缆绝缘层长期在电作用下工作,并伴随着化学、热和机械作用,从而使介质发生物理化学变化,绝缘性能下降.

（3）过热：电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热,使绝缘炭化.

（4）护层的腐蚀：因受土壤内酸碱和杂散电流的影响,埋地电缆的铅或铝包遭受到腐蚀而损坏.

（5）绝缘受潮：中间接头或终端头在结构上不密封或安装质量不好而造成绝缘受潮.

（6）过电压：许多户外终端接头的故障是由大气过电压引起的,电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的情况下发生故障.

另外还有材料缺陷、设计和制作等问题.

2.电力电缆故障性质的分类

根据故障电阻与击穿间隙情况,电力电缆故障的类型大体上分为四大类：低电阻故障、高电阻故障、开路故障以及闪络性故障.

（1）低阻故障

电缆相间或相对地绝缘受损,其绝缘电阻小到能用低压脉冲法测量的一类故障.发生低阻故障时,故障电阻一般小于10Z0（Z0为电缆的波阻抗,一般不超过40）.短路故障是低阻故障的特例.

（2）高阻故障

相对于低阻故障而言,高阻故障电力电缆的一芯或数芯对地的绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常阻值较多,但高于10Z0,而芯线连接良好.

（3）开路故障

电缆的各芯绝缘良好,但有一芯或数芯导体断开或虽未断开但工作电压不能传输到终端,或虽然终端有电压但负载能力较差.开路故障的典型例子就是断线故障.

（4）闪络性故障

电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者芯与芯之间绝缘电阻比较高,但当对电缆进行直流或交流耐压到某一值时,出现突然击穿现象.这类故障大多在预防性耐压试验时发生,故障现象不稳定.

3.电力电缆故障测距的步骤

电力电缆故障测距一般要经过诊断、粗测、定点这三个步骤.

3.1电力电缆故障性质的诊断

电力电缆故障性质的诊断,就是先要确定电缆故障的类型与严重程度,以便测试人员选择适当的故障测距与定点方法.

首先测试故障电缆的绝缘电阻,测量每相对地电阻确定是否是接地故障,相间电阻判断是否为短路故障,阻值判断是高阻或低阻故障.对于阻值较低的低阻型故障还应该用万用表测量电阻值,如果有就说明是闪络故障.

3.2电力电缆故障粗测

在故障性质诊断准确后,可进行电缆故障粗测,又叫预定位,即在电缆的一端使用仪器确定故障距离.下面介绍一些目前经常使用的故障预定位方法.

3.2.1电桥法

基于电缆长度与缆芯电阻成正比的特点和惠斯登电桥的原理,可将电缆短路接地、故障点两侧的环线电阻引入直流电桥,测量其比值.由测得的比值和电缆全长,可算出测量端到故障点的距离.

电桥法的优点是比较简单,精确度较高,但只适用于低阻故障,一般的高阻和闪络性故障不易探测.必须已知电缆准确长度,当一条电缆由导体材料或截面不同的电缆组成时,还要进行换算.且不能用于测量三相短路故障.

3.2.2脉冲电压法

利用直流高压或脉冲高压信号把故障点击穿,然后通过电压脉冲在观察点与故障间往返一次的时间来测距,它适用于高阻和闪络性故障.优点是不必将高阻与闪络性故障击穿,测试快；适用于各种故障,对电缆原始资料的依赖性少.缺点是安全性差,易发生高压信号窜入,损坏仪器；测试可靠性差,增强了复杂性且降低了电容放电时的电压,使故障点不易击穿；在故障放电特别是冲闪时,波形难以分辨.

3.2.3脉冲电流法

脉冲电流法是通过一线性电流耦合器测量电缆故障击穿外产生的电流脉冲信号的方法.它实现了仪器与高压回路的电耦合,省去了电容与电缆之间的串联电阻与电感,简化了接线,传感器耦合出的脉冲电流波形较容易分辨.所以相对于脉冲电压法而言,此法得到了更广泛的应用.

3.2.4低压脉冲法

低压脉冲法是测试时向电缆注入一低压脉冲,该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点,如断路点、短路点、中间接头等,通过故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差原理来测距.根据波形极性还可判断故障性质,如短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反,断路故障反射脉冲与发射脉冲极性向同,因此低压脉冲法适用于测试交联电缆低阻、短路、断路故障.

3.2.5二次脉冲法

二次脉冲法是目前运用较多、方便准确的故障测距方法.其工作原理是：低压脉冲结合高压发生器发射冲击闪络,在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发一低压脉冲,此脉冲在故障点闪络处发生短路反射,并将波形储存记忆在仪器中.电弧熄灭后,复发一低压脉冲到电缆中,此脉冲在故障点不能被反射,直达电缆末端并发生开路反射,将两次脉冲波形进行叠加对比,会有一个清楚的发散点,即故障点.

二次脉冲法优点是：接线简单,切换容易,安全可靠；自动化程度高,实现自动匹配、判断和计算；测量精度高,结果准确.其缺点是：所用仪器较多；由于故障点电阻要降到很小的数值,如果故障点受潮严重,故障点击穿过程较长,测试时间将相应增加；故障点维持低阻状态的时间不确定,施加二次脉冲的控制有难度.

3.2.6其他方法除上述几种方法之外,还有利用分布式光纤温度传感器监测电缆沿线的温度变化情况和利用局放试验来确定故障点位置的方法.

目前大部分电缆故障测距方法为离线进行,在线故障测距方法也已出现,但在实际应用中并未得到推广,原因在于电缆线路在检修与维护方面的特殊性,且在线方法并无明显优势.两种测距方法将会长期并存,但从长远来看,在线测距才是未来的发展方向.

3.3故障精确定点

在故障电缆粗测之后,就可根据故障距离与路径找到故障点的大概位置.但由于地下电缆敷设情况复杂等原因,使得粗测点距离实际故障点可能有一定的偏差.为了精确地找到这个位置,就需要进行故障精确定点,有以下几种常用的方式：

（1）冲击放电声测法（简称声测法）：是利用直流高压设备向电容器充电、储能,当电压达到某一数值时,球间隙击穿,设备和电容器上的能量经球间隙向电缆故障点放电,产生机械振动声波,用人耳或设备的听觉来区别.能量大的放电,在地表上就可以辨别,能量小的就需要用灵敏度较高的拾音器设备,来找出放电声音最大的位置.该方法主要用于电力电缆高阻故障的定点.

（2）音频信号法：如果发生了低阻故障,就很难或听不到声测法所检测到的放电声音.这时可以使用音频信号法通过检测地面上磁场的变化,并根据耳机中响声的变化可探测故障点的位置.音频信号在故障点正上方接收到的信号会突然增强,过了故障点后信号会明显减弱或消失,则音频信号最强处即为故障点.

（3）声磁同步法：其基本原理是向电缆施加冲击直流高压使故障点放电,在放电的瞬间电缆金属护层与大地构成的回路中形成感应环流,从而在电缆周围产生脉冲磁场.仪器接收脉冲磁场信号和从故障点发出的放电声音信号,根据检测到的声磁两种信号时间间隔最小的点即为故障点.此法优点在于定点精度较高,抗环境干扰性强,信号易于理解和辨别.

（4）跨步电压法：跨步电压法,通过向故障相和大地之间加入一个直流高压脉冲信号,在故障点附近用电压表监测放电时两点间跨步电压突变的大小和方向来找到故障点.此法优点是可以指示故障点的方向；缺点是只能查找直埋电缆外皮破损的开放性故障,不适用于查找封闭性或非直埋电缆的故障.

4.结束语

电力电缆故障的测距,是一项技术性和经验性很强的工作.其理论基础相对成熟,但与现场环境、系统运行方式等多方面都密切关联,而故障测距定位经验是一个缓慢积累的过程.故障成因及现象千差万别,这一切都需要在掌握理论知识的基础上,灵活运用所学的理论,结合丰富的现场实际经验,分析波形的突变拐点,才能快速准确地找出电缆故障,及时排除线路故障而迅速恢复供电,尽可能减小经济损失.