電力電纜故障檢測的方法與分析

1、電力電纜故障檢測的方法與分析摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市內(nèi)部空間越來越少，而社會對電力的需求日 益增加，電力電纜得到了廣泛的使用，節(jié)省了大量空間，電力線路中電纜的比例 越來越高1。由于電纜質(zhì)量、老化變質(zhì)、機(jī)械損傷、安裝工藝等因素，電力電纜 經(jīng)常會發(fā)生故障。電力電纜深埋地下，導(dǎo)致電力電纜的運(yùn)維和檢修變得十分困難， 一旦發(fā)生故障就會對人們?nèi)粘Ｉ钤斐删薮笥绊?，因此需要快速?zhǔn)確地找到故障 位置并及時排除故障。本文，探討了幾種常用的電纜故障檢測技術(shù)、電纜故障精 確定點方法，以及電纜路徑探測原理，保障在電纜發(fā)生故障后能夠及時排除，使 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。關(guān)鍵詞：高壓電力電纜；故障原因；檢測技術(shù)；精確定點

2、引言從目前電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，電力電纜雖然能夠在很大程度上保證電力 系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，但是仍然會出現(xiàn)一些故障，從而防止了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 所以說，采取合適的方法來對這些故障進(jìn)行檢測，并且采取合理有效的策略來預(yù) 防這些故障成為電力電纜發(fā)展中應(yīng)該廣泛重視的問題。電力電纜故障檢測技術(shù)對于電纜的故障點檢測一般都要經(jīng)過故障類型的診斷、故障點測距、精確定 點三個主要步驟。電纜故障可以分為低阻故障、高阻故障、開路故障和閃絡(luò)性故 障，根據(jù)不同的故障類型可以選擇合適的測距方法來初測故障距離。故障點測距 能夠初步確定故障距離，縮小故障范圍，以方便下一步精確定點。目前預(yù)定位的 方法主要有兩大類，基于阻抗測距

3、（電橋法等）和基于行波測距（低壓脈沖反射 法等）。1.1電橋法。電橋檢測法又被稱為經(jīng)典電橋法”，是應(yīng)用最為廣泛以及應(yīng)用歷 史最為悠久的電纜故障檢測技術(shù)，但因為無法滿足現(xiàn)在電力行業(yè)的需求，已經(jīng)逐 漸被淘汰。電橋檢測法將被測電纜的故障相與非故障相連接構(gòu)成小橋，通過調(diào)節(jié) 橋臂上的可調(diào)電阻器使得電橋處于一個平衡狀態(tài)，然后利用橋臂電阻比算出電阻 值，而電纜的長度與電阻是成正比的，從而可以根據(jù)電阻值算出電纜故障距離。 電橋法是比較傳統(tǒng)經(jīng)典的電路故障檢測方法，它操作簡單、方便而且精確度高， 非常適合于電纜接地和短路故障的檢測，缺點是不適用于檢測高阻與閃絡(luò)性故障， 因為在故障電阻很高的情況下，電橋通過的電流很

4、小，一般靈敏度的儀表很難探 測到。電橋法檢測時還需要知道電纜的材質(zhì)、長度等原始資料，若是由不同截面 的電纜組成時，還需對電阻等進(jìn)行換算，此外，電橋法也不能測量三相短路或短 路故障，也不適合用于高電阻設(shè)備。1.2脈沖檢測法。針對高壓電力電纜的脈沖檢測法主要包括低壓脈沖反射法和 二次脈沖反射法。低壓脈沖反射法適用于短路故障以及低阻故障，通過觀察反射 脈沖與發(fā)射脈沖之間的時間差來測量故障點距離。具體做法就是將一低壓脈沖信 號加到故障電纜中，當(dāng)它碰到故障點時就會產(chǎn)生一個反射脈沖信號，利用兩個脈 沖信號之間的時間差和波速來計算故障點位置。同時還能根據(jù)反射脈沖的極性來 確定故障類型，正極性脈沖表明是開路故

5、障，負(fù)極性脈沖則代表是短路接地故障。 假設(shè)時間差為At，電纜長度為L，行波速度為r，故障點到發(fā)射點的距離為P，則 有式（1）。P = L%A txr （1）二次脈沖反射法則適用于閃絡(luò)故障和高阻故障。首先發(fā)射一低壓脈沖到故障 電纜中，低壓脈沖會越過高阻故障點和閃絡(luò)故障點，在電纜開路端發(fā)生開路反射， 形成開路反射波。再產(chǎn)生高壓沖擊脈沖到故障電纜中，使得高阻故障點處發(fā)生閃 絡(luò)放電，在導(dǎo)通的這段時間里，低壓脈沖在故障點處發(fā)生短路發(fā)射，形成短路反 射波，電弧熄滅后，故障點恢復(fù)高阻狀態(tài)，將這次得到的反射波與開路反射波進(jìn) 行比較，會發(fā)現(xiàn)兩條軌跡在故障點會有很明顯的發(fā)散，可以通過發(fā)散點就可以判 斷故障點的位置

6、。低壓脈沖反射法和二次脈沖反射法操作簡單，測試結(jié)果直觀而 顯著，但是都必須要了解電纜路徑走向。低壓脈沖反射法適用于開路故障、短路 故障以及低阻故障，不足之處是不適用于閃絡(luò)故障和高阻故障。二次脈沖反射法 則是在低壓脈沖檢測法的基礎(chǔ)上加了一個高壓沖擊脈沖，用于閃絡(luò)故障和高阻故 障的檢測，但波形不容易判斷，檢測人員面臨的危險大。電纜故障精確定點利用脈沖檢測法等測距方法得到電纜測量端到故障點的長度稱為預(yù)定位，根 據(jù)得到的粗測距離，測試人員要手持設(shè)備在故障點附近仔細(xì)查找，才能夠精確確 定故障點的位置，常用的精確定點的方法有電纜短路速查法、聲磁同步法和跨步 電壓法。2.1電纜短路速查法。如果電纜故障類型是

7、短路故障，可以用萬用表分別測量 電纜兩端的阻值。假設(shè)電纜總長為L，短路點距離A端距離為LA，A端阻值為RA， 短路點至B端距離為LB，B端測量阻值為RB，可以得出式(2)、式(3)。(RA+ RB)/RB = (LA+ LB)/LB ( 2 )LB = LxRB/(RA+RB) (3)電纜短路速查法只可用于低阻故障的明敷電纜，優(yōu)點是不依賴設(shè)備和經(jīng)驗2.2聲磁同步法。在電纜一端施加高壓信號使得故障點放電，放電電弧會有放 電聲音并在電纜外皮和大地形成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會產(chǎn)生脈沖磁 場。如果我們用儀器在監(jiān)聽到放電聲音的同時，接收到脈沖磁場信號，就表示故 障點就在附近。由于磁場的傳播速度很

8、快，從故障點傳播到儀器探頭的時間我們 一般忽略不計，而聲音傳播速度比較慢，因此我們根據(jù)探測到的聲磁信號的時間 差來判斷故障點的遠(yuǎn)近，時間差最小的就是故障點?，F(xiàn)在的探測儀可以將時間差 轉(zhuǎn)換為探頭到故障點的直線距離，所以直線距離讀數(shù)最小，放電聲音最大的點就 是電纜故障點的精確位置。當(dāng)電纜短路速查法無效后，首先可以選擇聲磁同步法， 它使用方法簡單，精確度較高，信號易于理解、辨別，通過簡單培訓(xùn)普通電工即 可熟練掌握，但是對于特別低阻型的故障很難檢測到聲音，有的時候甚至根本沒 有聲音，因此適用于電纜的高阻和閃絡(luò)性故障。2.3跨步電壓法。跨步電壓適合用于電纜接地故障類型的定位，一般用于低阻 故障的電纜，因

9、此適用范圍窄。原理是加入高壓電流使其對大地漏電，從而在故 障點附近產(chǎn)生一個電場，越靠近故障點，電勢的變化率就會越大?？绮诫妷旱臋z 測方法有兩種：一是利用故障點正上方的跨步電壓為0，在故障點兩側(cè)沿電纜走 向跨步電壓極性相反且達(dá)最大值的特征來對故障點定位。二是利用放電電流在故 障點上方環(huán)形發(fā)散的特征，在不同方向分別尋找兩個等電位點，2組等電位點連 線的垂直平分線的交叉點就是故障點。電纜埋設(shè)路徑探測在對電纜故障位置精確定點時，必須要清楚電纜埋設(shè)路徑，這是就要用到電 纜路徑探測儀。進(jìn)行路徑探測時，將一電磁波信號加到電纜上，通過定點儀磁信 號接收機(jī)接收電磁波信號，并轉(zhuǎn)換成音頻信號送至耳機(jī)，根據(jù)耳機(jī)聲音大

10、小變化， 利用谷值法原理，垂直于地面的磁性天線在電纜正上方接收到的電磁信號最弱的 位置就是電纜埋設(shè)位置。谷值法原理是讓探測棒與地面垂直，當(dāng)探測棒在電纜正 上方時，磁力線的垂直分量為零，此時聽到的聲音最小。峰值法則與之相反，與 地面水平的磁性天線在電纜正上方接收到的電磁信號最強(qiáng)的位置就是電纜埋設(shè)位 置。結(jié)束語綜上所述，為了有效提高電力部門的檢修效率，針對多樣化的故障問題，需 要采用科學(xué)合理的試驗方法與檢測技術(shù)，在第一時間消除故障對電力系統(tǒng)的影響。 利用二次脈沖反射法等測距方法可以使測試人員快速得到故障點與發(fā)射點之間的 物理距離，找出一個大概的范圍，為后續(xù)故障點精確定點創(chuàng)造條件。參考文獻(xiàn)：鮑志偉.高壓電力電纜試驗方法與檢測技術(shù)分析J.通信電源技術(shù),2019,36(09):141