電力工程師必備知識(shí)—如何精確快速查找電纜故障點(diǎn)？

1.電纜的故障類型分析 

從今年已查找的低、中、高壓電纜故障的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，電纜單相接地故障較為普遍，多是因?yàn)殡娎|遭受外力破壞原因造成。貴州電線電纜廠也不排除本體質(zhì)量造成，但這種內(nèi)部短路從外表看不出痕跡較少見(jiàn)。電纜相間短路故障中較少，這是因?yàn)橄嚅g短路一般都是在運(yùn)行中發(fā)生，發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的短路電流造成速斷保護(hù)動(dòng)作而跳閘。強(qiáng)大的電流所造成的高溫一般都會(huì)把電纜燒斷造成開(kāi)路性故障。電纜內(nèi)部短路，外表看不出痕跡，此類故障一般是由于電纜質(zhì)量造成的，比較少見(jiàn)。

從電纜的故障位置看，一條電纜最薄弱的地方是中間接頭，一般的電纜都有一個(gè)或幾個(gè)中間接頭，在做電纜中間接頭時(shí)由于環(huán)境條件限制，加上電纜敷設(shè)后不進(jìn)行防潮處理，制作時(shí)中間接管壓接不緊密，都可能造成電纜中間接頭受潮、工藝缺陷的出現(xiàn)。當(dāng)運(yùn)行中長(zhǎng)期在高壓電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電暈及游離放電，使絕緣本體形成水樹(shù)直至絕緣老化并擊穿。

從電纜故障的性質(zhì)區(qū)分可分為開(kāi)路、低阻、高阻和閃絡(luò)性故障四種：

開(kāi)路故障就是工作電壓不能傳輸?shù)浇K端，或雖然終端有電壓，但帶負(fù)載能力差。 

低阻故障就是電纜相間或?qū)Φ氐慕^緣受損，其絕緣電阻減小到100KΩ以下。）

高阻故障就是電纜相間或?qū)Φ氐慕^緣電阻大于100kΩ。

閃絡(luò)性故障就是在高壓保壓過(guò)程中，突然擊穿，在此電壓下又能保壓的故障。有別于高阻故障，在高壓達(dá)到一定的電壓肯定能擊穿的故障。

(故障性質(zhì)          Rf                       間隙的擊穿情況

開(kāi)  路              ∞                         在直流或高壓脈沖作用下?lián)舸?/p>

低  阻             小于100Z0             Rf不是太低時(shí)，可用高壓脈沖擊穿

高  阻             大于100Z0             高壓脈沖擊穿

閃  絡(luò)              ∞                         直流或高壓脈沖擊穿

說(shuō)明：表中Z0為電纜的波阻抗值，電力電纜波阻抗一般在10-40Ω之間。）

以上分類的目的也是為了選擇測(cè)試方法的方便，根據(jù)目前流行的故障測(cè)距技術(shù)，開(kāi)路與低阻故障可用低壓脈沖反射法，高阻故障要用沖擊閃絡(luò)法，而閃絡(luò)性故障可用直流閃絡(luò)法測(cè)試。以上幾種故障都可以用二次脈沖法測(cè)試，這是目前世界上最先進(jìn)的故障測(cè)試技術(shù)，國(guó)外以德國(guó)、奧地利為代表?，F(xiàn)場(chǎng)人員有Rf<100KΩ的故障稱為低阻故障的習(xí)慣，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電橋法可以測(cè)量這類故障。

綜合以上分析掌握以下幾點(diǎn)是我們查找電纜故障的關(guān)鍵： 

1、確定電纜故障到底屬于開(kāi)路故障、低阻故障還是高阻故障；

2、了解電纜的長(zhǎng)度與具體走向（采用儀器進(jìn)行測(cè)量會(huì)有0.5米—2米不等的誤差）；

3、確定該電纜長(zhǎng)度及中間頭大致位置；

4、電纜故障發(fā)生是否與變電站速斷保護(hù)動(dòng)作有關(guān)；

5、電纜周邊是否有工程施工開(kāi)挖，是否有不明聲響；

6、電纜的埋深與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

2. 電纜故障的粗測(cè)

電力電纜查找故障通常分兩步：首先在電纜的一端對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行粗測(cè)，判斷出故障點(diǎn)大概位置；其次，在粗測(cè)的范圍內(nèi)，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。

電纜的粗測(cè)的方法常用的有：電橋回線法、二（三）次脈沖法和閃絡(luò)法（沖擊閃絡(luò)法和直流閃絡(luò)法）。

電橋回線法主要用于電力電纜單相接地、相間短路或短路接地的故障距離測(cè)試，根據(jù)電纜故障短路接地電阻值的不同，可分別選用高壓電橋回線法和低壓電橋回線法。這種測(cè)距方法是基于電纜沿線均勻，電纜長(zhǎng)度與纜芯電阻成正比的特點(diǎn)。貴州電線電纜廠并根據(jù)惠斯登電橋的原理，將電纜短路接地故障點(diǎn)兩側(cè)的環(huán)線電阻引入電橋回路，測(cè)量其比值。由測(cè)得的比值和已知的電纜全長(zhǎng)，計(jì)算出測(cè)量端到故障點(diǎn)的距離。

二次脈沖法是使用一定電壓等級(jí)、一定能量的高壓脈沖在電纜的測(cè)試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點(diǎn)發(fā)生擊穿燃弧。同時(shí)，在測(cè)試端加入測(cè)量用的低壓脈沖，測(cè)量脈沖到達(dá)電纜的高阻故障點(diǎn)時(shí)，遇到電弧，在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時(shí)，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測(cè)量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡(luò)測(cè)量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形，使得波形判別特別簡(jiǎn)單清晰。

三次脈沖法是首先在不擊穿被測(cè)電纜故障點(diǎn)的情況下，測(cè)得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，在電弧電壓降到一定值時(shí)觸發(fā)中壓脈沖來(lái)穩(wěn)定和延長(zhǎng)電弧時(shí)間，之后再發(fā)出低壓脈沖，從而得到故障點(diǎn)的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置。由于采用了中壓脈沖來(lái)穩(wěn)定和延長(zhǎng)電弧時(shí)間，它比二次脈沖法更容易得到故障點(diǎn)波形。

沖閃閃絡(luò)發(fā)俗稱為放電，就是測(cè)試儀利用電纜故障點(diǎn)在高壓作用下閃絡(luò)放電，形成瞬間短路故障，并同時(shí)產(chǎn)生回波信號(hào)的原理對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。測(cè)算出兩次回波信號(hào)的時(shí)間差可算出故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離。 

脈沖法理論上只能對(duì)低阻故障進(jìn)行粗測(cè)，而沖閃閃絡(luò)法則是對(duì)高阻故障的粗測(cè)。

需要注意的是由于在測(cè)試故障點(diǎn)時(shí)，阻抗變化的不穩(wěn)定性，實(shí)際波形與理論波形要有一定差距，在實(shí)際操作中要認(rèn)真多次取樣選擇較清淅的波形。電纜故障粗測(cè)使用脈沖法，閃測(cè)法是比其它的方法較有效。要想快速精確定位電纜故障點(diǎn)，迅速縮小精確定位的范圍至關(guān)重要，這樣可以嬴得許多寶貴的時(shí)間。

五、 快速精確定位電纜故障點(diǎn)

要想精確定位電纜故障點(diǎn)，充分利用和合理選擇使用測(cè)試設(shè)備，也是提高效率贏得時(shí)間必不可少的條件，目前國(guó)內(nèi)普遍使用的方法是高壓沖擊法。

高壓沖擊法的原理為：由調(diào)壓器調(diào)壓使升壓器產(chǎn)生高壓，經(jīng)電阻限流，經(jīng)二極管整流為電容充電，當(dāng)電容電壓上升到放電間隙放電電壓時(shí)，間隙放電向故障電纜釋放沖擊電流，電流經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)產(chǎn)生聲波，利用聲音放大器尋找故障點(diǎn)。這種方法十分精確有效，這里最關(guān)鍵的是要故障點(diǎn)聲音足夠大，頻率適當(dāng)。要在故障點(diǎn)產(chǎn)生足夠大的聲音，關(guān)鍵取決于沖擊電流的大小。而沖擊電流的大小，取決于電容器 C的容量和放電間隙的大小。間隙加大放電電壓增高，但是如果電壓太高，無(wú)論對(duì)電纜還是設(shè)備都是一種威協(xié)。所以我們?cè)谠O(shè)備和元件選用控制時(shí)一定要計(jì)算好，不能超過(guò)它的額定值

當(dāng)高壓沖擊法放電后，我們就可以通過(guò)聲測(cè)法、聲磁同步檢測(cè)法和音頻感應(yīng)法進(jìn)行電纜故障的精確定點(diǎn)。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行電纜故障測(cè)距時(shí)，無(wú)論采用哪種儀器和測(cè)量方法，難免有誤差，為減少開(kāi)挖，測(cè)距后必須進(jìn)行精確定點(diǎn)，通常使用的方法為：

（一）聲測(cè)法

目前在國(guó)內(nèi)是最常用的定點(diǎn)方法，故障測(cè)尋時(shí)給故障電纜加上一個(gè)幅度足夠高的沖擊電壓，故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)放電的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的放電聲并傳至地表面，利用這種現(xiàn)象來(lái)定點(diǎn)可以準(zhǔn)確地找出故障點(diǎn)。

（二）聲磁同步檢測(cè)法

在監(jiān)聽(tīng)到聲音信號(hào)的同時(shí)，利用磁性天線接收脈沖磁場(chǎng)信號(hào)，并用電表或光電指示。如果耳機(jī)聽(tīng)到的聲音與電表指針的擺動(dòng)或光電信號(hào)同步，即可判斷該聲音是由故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的，故障點(diǎn)就在附近。

（三）音頻感應(yīng)法

一般用于探測(cè)故障電阻小于10KΩ的電阻故障。用音頻信號(hào)發(fā)生器向待測(cè)電纜注入音頻電流，在地面上用探頭沿被測(cè)電纜路徑接收電磁場(chǎng)信號(hào)并放大，再送入耳機(jī)或指示儀表指示值的大小而定出故障點(diǎn)的位置。

在實(shí)測(cè)中，以上三種方法可以結(jié)合使用，大大提高電纜故障精確定點(diǎn)的效率。需要注意的是聲磁同步檢測(cè)法抗無(wú)線聲波干擾能力差，這需要在實(shí)際中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況校正接收頻率。

結(jié)合以上分析，我們可總結(jié)出以下查找故障的經(jīng)驗(yàn)：

1、當(dāng)電纜在運(yùn)行中發(fā)生故障，可將電纜一端短接另一端用萬(wàn)用表可迅速判斷，電纜是否開(kāi)路。

2、如果故障是高阻，使用閃測(cè)法就可以粗測(cè)故障范圍。

3、優(yōu)先選擇用脈沖法粗測(cè)低阻或開(kāi)路故障電纜的故障范圍。

4、使用沖擊法精確定位。在定位前有一點(diǎn)要注意，最好要了解一下電纜中間接頭的位置，配合粗測(cè)法定位是否接頭，這樣可以省很多時(shí)間，因?yàn)榻宇^故障率高。按照這樣的步驟，進(jìn)行電纜故障精確定位，貴州電線電纜廠就一定能夠快速排除故障，最大的減小由于故障帶來(lái)的損失。