論火電廠高壓電機(jī)電纜故障查找

文曉燕，郭希紅

（1.國電太原第一熱電，山西 太原 030012；2.國電山西潔能有限公司，山西 太原 030006）

在火電廠，6 kV電力電纜的大量使用，關(guān)于電纜故障的問題也就越來越得到人們的關(guān)注，如何快速查找到故障點(diǎn)，及時(shí)處理，給電廠提出了新的課題。由于電廠中6 kV電力電纜數(shù)量多，大多帶著重要負(fù)荷，有時(shí)停一臺(tái)6 kV電動(dòng)機(jī)就要使單元機(jī)組的發(fā)電量損失50%以上。因此，探討6 kV電力電纜經(jīng)常出現(xiàn)的故障問題就顯得非常必要。

1 電纜常見故障及產(chǎn)生原因

1.1 電纜常見故障

（1）短路、接地或閃絡(luò)擊穿故障：其中，短路接地又有高阻和低阻之分。接地電阻在10 kΩ以下的，被稱為是低阻接地故障，10 kΩ以上的，稱為高阻接地故障。

（2）開路故障：指電纜的導(dǎo)體芯線出現(xiàn)斷線，電纜各相導(dǎo)體的絕緣電阻符合規(guī)定，表現(xiàn)為單相或多相斷線。

1.2 常見故障產(chǎn)生的原因

電纜的薄弱環(huán)節(jié)是中間接頭和終端頭，主要是制作工藝、材料不當(dāng)而帶來絕緣受潮、絕緣老化等缺陷。電纜本身也會(huì)因受到機(jī)械損傷而發(fā)生一些故障。

2 故障點(diǎn)的查找方法

電力電纜故障點(diǎn)的查找，首先需要根據(jù)故障發(fā)生的現(xiàn)象及一些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)來判斷故障的基本性質(zhì)，例如，是絕緣損壞或是導(dǎo)線斷線，是單相還是多相，屬于哪種故障等，根據(jù)這些初步判斷再來選擇合適的方法?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹幾種常見的故障點(diǎn)的測(cè)量方法。

2.1 常見方法

（1）電橋法，是至今仍廣泛使用的一種方法。主要應(yīng)用于單相接地和相間短路等電纜故障方面，優(yōu)點(diǎn)是使用方便，誤差小。缺點(diǎn)是需要知道電纜準(zhǔn)確長(zhǎng)度，并要求電纜有一相絕緣良好等特點(diǎn)。電橋法是通過調(diào)節(jié)橋臂平衡所得數(shù)據(jù)與電纜總長(zhǎng)度計(jì)算距離測(cè)點(diǎn)與故障點(diǎn)的長(zhǎng)度。

（2）低壓脈沖反射法，用來探測(cè)斷線和低阻短路故障。將高頻率的低壓脈沖發(fā)送到電纜中使其傳播，直到遇到不匹配點(diǎn)及故障點(diǎn)，電磁波就會(huì)發(fā)生反射，反射脈沖被送回并接收到測(cè)量?jī)x器中，這種方法叫低壓脈沖反射法。

（3）高壓脈沖反射法，用來探測(cè)高阻性短路或接地故障及閃絡(luò)性故障。該方法是采用施加直流電壓將電纜故障點(diǎn)瞬間擊穿，使故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)，然后通過測(cè)量波形來獲得測(cè)量端到故障點(diǎn)的距離。該方法的關(guān)鍵是判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電。其存在以下缺點(diǎn)：燒穿電流大小不好掌握。把高阻燒成低阻并不容易，如果燒穿電流太小，不能達(dá)到擴(kuò)大炭化通道使電阻下降的目的；燒穿電流太大，又可能使炭化通道因溫度過高而遭到破壞，電阻反而增高。

2.2 精確定點(diǎn)測(cè)量法

前面介紹的幾種常見故障點(diǎn)測(cè)量方法，存在一定的測(cè)試誤差。我們不可能把粗測(cè)范圍內(nèi)的整段電纜處理。必須找出故障點(diǎn)的確切位置，精確定點(diǎn)誤差應(yīng)不大于1m。

聲測(cè)法：聲測(cè)法主要是利用故障點(diǎn)放電時(shí)產(chǎn)生的聲音，用高靈敏度聲電轉(zhuǎn)換器放大成聲音信號(hào)和電流信號(hào)，通過耳機(jī)、儀表等在電纜線路上確定故障點(diǎn)。這種方法測(cè)量出的結(jié)果隨意性比較大，誤差較大，電纜埋地過深時(shí)測(cè)量難度大，但設(shè)備要求比較低。

聲磁同步法：故障閃絡(luò)放電時(shí)，電磁場(chǎng)的信號(hào)是以光速300m/μs，向其周圍傳播的，而聲音傳播速度為340m/s，由于聲磁信號(hào)的相差時(shí)間在數(shù)毫秒以內(nèi)，聲、磁的接收儀器在接收這兩種信號(hào)時(shí)，認(rèn)為這兩種信號(hào)從故障點(diǎn)發(fā)出時(shí)是同時(shí)的，這樣，探測(cè)的位置離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，接受的兩種信號(hào)的時(shí)間差就越大。

3 實(shí)例分析國電太一發(fā)電廠六期4#循環(huán)泵電機(jī)6 kV電纜故障

2012年4月，國電太一發(fā)電廠六期循環(huán)泵房4#循環(huán)泵電機(jī)因機(jī)械故障停運(yùn)檢修。修完送電前根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定確認(rèn)電纜的絕緣狀況良好。電纜絕緣測(cè)試值見表1。

表1 六期4#循環(huán)泵電機(jī)電纜絕緣測(cè)試

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初步判斷電纜存在高阻接地故障。依據(jù)如下：

當(dāng)試驗(yàn)溫度在20℃時(shí)，橡塑絕緣電力電纜的絕緣電阻，額定電壓在6 kV及以上的應(yīng)不小于100MΩ。

該電機(jī)電纜處于潮濕地方，歷史數(shù)據(jù)比較低。2005年3月11日（天氣晴，5℃），A相65MΩ；B相2 500MΩ；C相105MΩ。雖然一般的絕緣，通常溫度每下降10℃，其絕緣電阻約增加1倍。但這次與過去的歷史數(shù)據(jù)比較，變化大。并且同一電纜的各相相比，其數(shù)值也不應(yīng)有較大的差別，電纜各相絕緣電阻的不平衡系數(shù)K=R max/R min=2 500/2也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2，表示電纜存在缺陷。

根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，用兆歐表測(cè)量該電纜導(dǎo)體對(duì)地絕緣電阻，如有疑問時(shí)，必須用低于常規(guī)直流耐壓試驗(yàn)電壓的直流電壓進(jìn)行試驗(yàn)，加壓時(shí)間1min。

直流耐壓試驗(yàn)：A相能耐24 kV 1min，但泄漏電流為60mA電流，延長(zhǎng)A相試驗(yàn)時(shí)間，泄漏電流不變。泄漏電流超過有關(guān)要求。見表2。

表2 電纜的泄漏電流值

有關(guān)規(guī)程中對(duì)橡塑電纜及充油電纜的泄漏電流值未作規(guī)定，在實(shí)際中，可參考紙介質(zhì)電纜的情況，對(duì)同等參數(shù)的電纜一般應(yīng)＜2～5倍的紙介質(zhì)電纜泄漏電流。

3.1 判斷電纜故障性質(zhì)

（1）用2 500 V兆歐表搖電纜絕緣。測(cè)得相對(duì)地電阻值遠(yuǎn)小于電纜正常的絕緣電阻值，可判別為高阻故障。

（2）直流耐壓預(yù)試。在電纜端分相加直流電壓，電纜的泄漏電流值隨預(yù)試電壓的升高而連續(xù)增大，或不成比例地急劇上升，并遠(yuǎn)大于電纜的允許泄漏值?？膳袛嚯娎|有泄漏性故障。

3.2 故障點(diǎn)查找

根據(jù)上述分析，本次電纜故障屬于高阻接地故障，宜采用高壓脈沖法進(jìn)行粗測(cè)。

反射脈沖原理：

Uf=m Ut

Uf：反射波電壓；

Ut：反射波電壓；

m：反射系數(shù)。

Z c:電纜線路波阻抗;

Z:電纜結(jié)點(diǎn)阻抗。

短路時(shí)Z=0，Uf=-Ut即反射脈沖為負(fù)反射。

斷線時(shí)Z=∞，Uf=-Ut形成正反射。

v：脈沖波傳播速度（m/s）；

T x：脈沖波至故障點(diǎn)發(fā)射和反射往返時(shí)間（s）。

接線見圖1，試驗(yàn)變電器BS的高壓側(cè)經(jīng)高壓二極管D整流產(chǎn)生直流電源，先對(duì)電容器C充電，充電到球隙G擊穿時(shí)，電容器上的電荷經(jīng)故障點(diǎn)放電，持續(xù)一段時(shí)間，沖擊電流將使炭化通道電阻降低。充電電容C值可取2～10μF，應(yīng)能承受20～30 kV電壓。球間隙放電電壓調(diào)到20～30 kV，放電時(shí)間間隔為1.5～6 s，放電太快易損壞設(shè)備，太慢則不易與環(huán)境噪音相區(qū)別。R為保護(hù)電阻（常用水電阻），電阻值一般取0.1～0.5MΩ。微安表是用于監(jiān)視回路電流的。K是微安表的短路開關(guān)。

圖1 高壓脈沖法

正常情況下，當(dāng)故障點(diǎn)沒有充分閃絡(luò)放電，在被測(cè)電纜及儲(chǔ)能電容允許耐壓條件下，可提高直流高壓電源的直流輸出電壓，同時(shí)增大球隙間距。如果在電壓不能再升高的情況下，可增大儲(chǔ)能電容的容量（并聯(lián)電容），但此時(shí)，應(yīng)注意直流高壓電源的容量承受能力。一般來講，在電壓一定的條件下，儲(chǔ)能電容越大，要求直流高壓電源的容量越大?？杀ＷC在放電瞬間釋放出足夠的能量。在故障點(diǎn)間隙擊穿時(shí)電容瞬間沖擊放電，就可以獲得足夠的聲能，更準(zhǔn)確定位。

在加壓過程中，我們時(shí)刻注意泄漏電流表的指示及加到電纜上的電壓值。當(dāng)直流電壓加到某一數(shù)值時(shí)（電纜允許的最大電壓范圍內(nèi)）泄漏電流表突然增大或來回?cái)[動(dòng)說明故障點(diǎn)已閃絡(luò)放電，此時(shí)在測(cè)試端形成直閃電壓測(cè)試波形。

3.3 精確判斷故障點(diǎn)

為了精確判斷故障點(diǎn)，我們用了聲測(cè)法。它的原理是當(dāng)電纜故障點(diǎn)在高電壓作用下產(chǎn)生閃絡(luò)放電的同時(shí)存在四種物理現(xiàn)象，即回波、聲波、電磁波、紅外波等。聲測(cè)儀原理圖見圖2，它是利用故障點(diǎn)放電時(shí)所產(chǎn)生的聲波現(xiàn)象，故障點(diǎn)處有振動(dòng)聲音最大，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，振動(dòng)聲音越小，從而可最終確定地埋電纜故障點(diǎn)在1m以內(nèi)范圍。

圖2 聲測(cè)法定點(diǎn)儀原理圖

有些儀器設(shè)備存在盲區(qū)（指的是從儀器到電纜某一點(diǎn)，這一段電纜中的故障不能正確測(cè)試判斷）。怎樣才能更好地聽到反射信號(hào)：由于電纜存在損耗，故障點(diǎn)距離測(cè)試端越近，其反射信號(hào)幅值越大，距測(cè)試端越遠(yuǎn)，其反射信號(hào)回到測(cè)試端幅值越小。距測(cè)試端越近的故障點(diǎn)，其測(cè)試泄漏性故障點(diǎn)的范圍也就越大。因此，在進(jìn)行電纜故障測(cè)試時(shí)，當(dāng)故障聲音很小時(shí)，可通過從兩端進(jìn)行測(cè)試，然后再從兩端丈量得出準(zhǔn)確的故障距離。

經(jīng)測(cè)試故障距離為273m處，為中間接頭。故障原因：中間接頭制作工藝粗糙，密封不嚴(yán)，電纜所處環(huán)境潮濕，由于毛細(xì)現(xiàn)象等原因，絕緣受潮，爬電嚴(yán)重。重做中間接頭后，測(cè)三相對(duì)地及相間絕緣均為2 500MΩ，做交流耐壓試驗(yàn)合格。

4 總結(jié)

在火電廠中，6 kV電力電纜應(yīng)用廣泛，為了確保電纜和機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)及時(shí)對(duì)電纜的各種故障進(jìn)行處理。因直流耐壓和交流耐壓試驗(yàn)是預(yù)防性試驗(yàn)中的破壞性試驗(yàn)，可能會(huì)對(duì)電纜絕緣造成一定的破壞。因此，做預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，需保存好原始試驗(yàn)資料，以備與以后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析判斷。當(dāng)電纜主絕緣絕緣電阻數(shù)值，與歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較且變化不大又都在合格范圍時(shí)，就不再做直流耐壓試驗(yàn)。只有當(dāng)有疑問時(shí)或新制作終端頭和新制作中間接頭才需對(duì)電纜做交流耐壓試驗(yàn)。這樣就可以最大限度地保護(hù)電纜，延長(zhǎng)電纜的使用壽命。