火電廠電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的故障定位研究

韓國強(qiáng)

摘 要：隨著電力科技的發(fā)展，電力電纜外護(hù)絕緣層故障定位技術(shù)不斷更新，在短時間內(nèi)準(zhǔn)確定位故障具體位置，可以有效提升故障處理速度，恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對于火電廠的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。文章概述了電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的原因，介紹了幾種常見的故障定位技術(shù)，并對火電廠電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的故障定位進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：火電廠；電力電纜外護(hù)層；絕緣損壞；故障定位

前言

電力電纜是否具備良好的絕緣性能，直接決定電力系統(tǒng)能否可以正常工作，進(jìn)而決定火電廠能否正常運(yùn)行。如果電力電纜絕緣外護(hù)層發(fā)生損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，首先要做的就是對故障進(jìn)行定位，只有準(zhǔn)確找到故障位置，后續(xù)搶修工作才能順利開展。

1 電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的原因

第一是外護(hù)絕緣層老化變質(zhì)，因?yàn)殡娏﹄娎|的工作環(huán)境比較特殊，一般都是在電磁作用下長期工作，一些化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械作用會隨著電磁作用產(chǎn)生，絕緣層或是發(fā)生物理變化，或是發(fā)生化學(xué)變化，絕緣性因此下降，為了防止絕緣老化影響電力系統(tǒng)的正常工作，一般都要對電力電纜進(jìn)行定期絕緣老化測試[1]。

第二是絕緣層過熱，系統(tǒng)正常工作時電纜絕緣內(nèi)部會發(fā)生氣隙游離，導(dǎo)致絕緣層內(nèi)部過熱，造成絕緣炭化的現(xiàn)象。除此之外，如果電纜長期處于過負(fù)荷的狀態(tài)下工作，或者是電纜所處的位置不通風(fēng)，或者是電纜與熱力管道距離過近等都會導(dǎo)致電纜過熱，電纜老化的速度因此加快，引起故障。

第三是機(jī)械損傷，就是由外力造成絕緣層破壞，這種原因引起的故障是比較常見的，如果施工過程中沒有明確電纜走向，或者說沒有刻意去保護(hù)電纜，就會對電纜造成機(jī)械損傷。另外，電纜在安裝時如果沒有格外注意就容易留下隱蔽缺陷，尤其是在電纜頭的位置，這些缺陷會使損壞加劇，甚至直接導(dǎo)致絕緣擊穿。

第四是保護(hù)層被腐蝕，電力電纜大部分都是被埋在地下，如果地下土壤過酸、過堿或者是存在雜散電流，絕緣層就會被腐蝕損壞，這種腐蝕是無法完全避免的，在施工時設(shè)置專門的電纜溝道可以緩解這一問題，且必須按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)施工[2]。

第五是絕緣受潮，中間接頭和終端頭如果沒有安裝好，或者是結(jié)構(gòu)上不密封，就容易出現(xiàn)絕緣受潮的問題，除了電纜質(zhì)量、安裝質(zhì)量的原因以外，還會受到安裝環(huán)境的影響。

第六是過電壓，過電壓造成的絕緣故障有兩種情況，第一種是大氣過電壓，第二種是系統(tǒng)內(nèi)部過電壓，如果戶外終端接頭發(fā)生故障，一般情況下都是由大氣過電壓引起，如果電纜本身就存在一些缺陷，故障發(fā)生的可能性就大大增加了。

第七是設(shè)計與制作的工藝問題，工藝的差別會對絕緣壽命造成重要影響，尤其是對于電纜附件來說更是如此，因?yàn)楦郊闹谱饕话愣际窃诂F(xiàn)場。因此，制作過程會受到周圍環(huán)境的影響，無法與制作車間比擬，從很多事故案例可以看出很多電纜發(fā)生絕緣故障的具體位置是電纜終端頭或中間接頭[3]。

2 常用的絕緣故障定位方法

首先是電橋法，就是利用長度與電阻之間的比例關(guān)系來確定故障點(diǎn)，采用雙臂電橋的方式測定電纜芯線的電阻值，然后再測量電纜實(shí)際長度，最后計算出故障點(diǎn)，這種方法適合于以下兩種情況：第一種是電纜芯線之間直接發(fā)生短路，第二種是短路點(diǎn)的接觸電阻在1歐姆以內(nèi)，這種方式判斷出的故障點(diǎn)比較準(zhǔn)確，誤差基本不會超過3米，如果故障點(diǎn)接觸電阻在1歐姆以上還想使用這種方法定位故障點(diǎn)，就要想辦法將電阻降在1歐姆以內(nèi)，一般情況下都使用高壓燒穿法。

其次是測聲法，如果絕緣層內(nèi)有閃絡(luò)放電的現(xiàn)象具比較適合使用測聲法，主要就是根據(jù)放電聲音查找故障位置。應(yīng)用這種方法時需要使用直流高壓發(fā)生器，電容器的電壓達(dá)到一定值時，球間隙就會放電，發(fā)出明顯的“滋滋”聲，保持外界環(huán)境的安靜，再利用音頻放大裝置就可以找到故障具體位置[4]。

最后是多次脈沖法，就是在故障電纜中施加高壓脈沖，所施加的高壓脈沖要滿足一定的電壓等級，能量也要符合要求。這樣，在高阻故障點(diǎn)就會出現(xiàn)擊穿燃弧。與此同時，就會在將低壓脈沖加入測試端，該脈沖達(dá)到故障點(diǎn)以后會與電弧相遇，發(fā)生反射。燃弧的過程中故障性質(zhì)會發(fā)生變化，即從原來的高阻故障轉(zhuǎn)換為短路故障。因此，低壓脈沖到達(dá)故障點(diǎn)以后會發(fā)出現(xiàn)阻抗特征變化，測量者可以通過波形做出判斷[5]。

3 電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的故障定位

3.1 具體步驟

3.1.1 判斷故障性質(zhì)

故障定位的第一步就是確定故障性質(zhì)，只有故障的性質(zhì)確定了，才能選擇合適的定位方法，如果選擇的方法不合適，不僅會耽誤故障搶修時間，還會對測試儀器造成較大損傷，具體故障性質(zhì)有以下三種，其一是開路故障，就是電阻值在規(guī)定范圍內(nèi)，但是電壓無法正常傳到終端，或者是電壓可以傳到終端，但是不穩(wěn)定，負(fù)載能力較差，這種故障一般有兩種情況：一種是中間接頭處出現(xiàn)開路，另一種是由于施工不當(dāng)電纜被挖斷；其二是低阻故障，這種故障的典型特征就是絕緣電阻非常??；其三是高阻故障，這種故障的絕緣電阻相對較大，且具有一定的隱蔽性，該種故障有兩種類型，一種是泄露型高阻故障，另一種是閃絡(luò)性高阻故障。根據(jù)以上描述的現(xiàn)象確定故障的性質(zhì)[6]。

3.1.2 故障具體定位

如果故障的性質(zhì)是開路故障，可以選擇兩種方法來定位故障點(diǎn)，一種是回波法，另一種是二次脈沖法，定位時會在故障點(diǎn)發(fā)生全反射。因此波形在故障點(diǎn)處較為清晰，以此判斷出故障點(diǎn)位置。

如果故障的性質(zhì)是低阻故障，一般都使用電橋法定位故障位置，從理論上來說，發(fā)生該種故障以后電纜電阻為零，相當(dāng)于對地短路，實(shí)際測量時電阻也非常小。因此在使用電橋法測量時一定要注意精度問題，電橋的連接線路要盡量短，線路與電纜芯線連接的時候應(yīng)該采用焊接或者壓接的方法，由于測量到的實(shí)際電阻非常小，因此計算過程要格外注意，所有小數(shù)的位數(shù)要全部保留，不允許四舍五入，這樣才能保證誤差不會太大。另外，也可以將脈沖法和聲測法結(jié)合起來定位故障位置，前面在介紹技術(shù)方法時已經(jīng)介紹了這兩種技術(shù)的使用方法，這里就不再贅述，可以通過脈沖法判斷大體位置，然后用聲測法再做出具體判斷[7]。

高阻故障是最常見的故障類型，定位時比其他類型難度要大，如果故障的性質(zhì)是高阻故障，普通的定位方法無法發(fā)揮有效作用，就要先做出燒穿處理，然后采用電橋法定位，電橋中加入了靈敏度較高的檢流計，這種方法可以有效避免電源的干擾，將電源與電橋合為一個整體。

3.2 結(jié)緣故障定位時的注意事項

從以上故障定位的步驟和方法中我們可以看出，電橋法的應(yīng)用是非常廣泛的，這種方法不僅操作簡單，而且定位的精度也比較高，但是在使用這種方法時要注意以下幾個問題。

首先是要有效排除定位電流的干擾，因?yàn)榛痣姀S的電力電纜一般截面積都較大。因此在定位時需要較大電流才可以使檢流計達(dá)到平衡，如果在定位附近有其他線路正在運(yùn)行，產(chǎn)生工頻大電流，該電流就會產(chǎn)生磁場感應(yīng)，對定位過程造成干擾，為了改善這一問題，可以做出如下處理：一邊將故障相電纜的線芯接地，另一邊將輔助相電纜的線芯接地，也可以直接在兩端將其短接，通過這些方式形成反向磁場，直接對抗外界磁場感應(yīng)的干擾。另外，升壓剛剛開始時，如果故障的性質(zhì)是高電阻故障，那么在擊穿點(diǎn)可能出現(xiàn)爬電現(xiàn)象，測試電流因此受到干擾，產(chǎn)生波動。因此要將最大燒穿電流保存幾分鐘，等到故障點(diǎn)形成電弧以后，電流就會穩(wěn)定下來，如果時間緊迫，想要在短時間內(nèi)提升燒穿功率，可以采用定位電橋以及脈沖源同時加壓的方法，這樣電流就會在更短的時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

其次是調(diào)節(jié)電橋靈敏度時要格外注意，因?yàn)殡娏﹄娎|外護(hù)層的故障電阻大多數(shù)都很大，很少會出現(xiàn)直接接地的情況，所以不能直接將檢流計的靈敏度調(diào)到最高檔，而應(yīng)該從低檔逐步向高檔調(diào)，否則容易導(dǎo)致檢流計不平穩(wěn)，定位也因此不準(zhǔn)確，最后靈敏度最好放在第二檔或者第三檔，而且在調(diào)節(jié)比例的過程中，每次旋轉(zhuǎn)旋鈕時指針的偏轉(zhuǎn)最好不大于5%[8]。

再次是處理輔助線時要格外注意，因?yàn)殡娎|中有金屬屏蔽層，受到金屬性質(zhì)的影響，相同長度下該處電阻會相對較小，和接觸電阻相近，其會對故障距離的測定產(chǎn)生直接影響。因此在測量距離的過程中要盡量減小接觸電阻。在選擇連接線時，要盡量選擇那些截面積大的，要求在相同長度下連接線的電阻要小于故障電阻的二分之一。為了防止高壓電纜的鋁套被腐蝕，一般會在電纜表面涂上一層瀝青層，在定位過程中要先將這層瀝青除掉（一般使用汽油），然后使用銼刀打磨鋁套，最后把連接線捆扎起來，注意捆扎的要緊密，這樣就能夠很好的控制接觸電阻。如果電纜的附件已經(jīng)安裝好，要保證接線夾與連接線之間夾緊，同時仍然好控制好接觸電阻。

最后，如果一個回路中的三相同時出現(xiàn)故障，就最好不要使用電橋法來定位，因?yàn)檫@種情況沒有輔助電纜，最好將所有電纜全部裸露，然后用脈沖定位法找出故障位置。

4 結(jié)束語

電力電纜屬于輸電設(shè)備中的一種，是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，絕緣層老化、過熱、機(jī)械損傷以及絕緣受潮等都是外護(hù)層絕緣損壞的原因，盡早定位故障的具體位置能夠?yàn)楹罄m(xù)的搶修工作打下基礎(chǔ)，對保持電廠的正常運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]秦永生，敖龍強(qiáng).淺談火電廠電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的故障定位[J].科技視界，2015，23：261+273.

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[8]楊景華.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)單芯電纜運(yùn)行故障分析[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2011，1：28-30.