高壓電力電纜接地故障的診斷

國家電投集團寧夏能源鋁業(yè)有限公司臨河發(fā)電分公司 馬學(xué)義

高壓電力電纜接地故障是電力系統(tǒng)中常見的一種故障，會影響到電力的輸送和影響社會生產(chǎn)，因此必須快速查出故障?；诖?，文章針對高壓電力電纜接地故障的成因以及具體類型進行介紹，并分析了低壓脈沖發(fā)射法、電橋法、聲波法、聲磁同步法及電纜燒穿法等故障檢測手段，為高壓電力電纜接地故障的診斷提供了有效參考。

引言：電力系統(tǒng)建設(shè)中電力電纜的使用越來越普及。電纜的健康運行受多種因素的影響。例如鋪設(shè)中的機械拉力、扭力；電纜的中間接頭、終端接頭制作工藝不良；電纜運行中受到壓力沖擊、人為破壞等等。因此，會出現(xiàn)各種接地故障問題，導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷，影響生產(chǎn)生活，造成經(jīng)濟損失。為此，要積極利用一些現(xiàn)有的儀器設(shè)備和原理、方法，對電纜的故障進行檢測、診斷和排除，能夠迅速使電纜恢復(fù)正常運營。

一、高壓電力電纜重要性與常見故障類型

高壓電力電纜是電力電纜當(dāng)中的一種，主要指的是輸電電壓達到1kV-1000kV的電纜，這種電力電纜一般都應(yīng)用在電力傳輸以及分配的領(lǐng)域，因此一旦發(fā)生了接地故障就會造成重大損失。由于一些特殊環(huán)境的限制和電力技術(shù)設(shè)計要求，需要高壓電力電纜送電，若發(fā)生接地故障，就會影響電纜正常運行，甚至發(fā)生火災(zāi)事故，帶來人身傷害和財產(chǎn)損失，無法估量。

高壓電力電纜故障主要分為四種，分別為短路性故障、接地性故障、斷線性故障以及混合性故障。高壓電力電纜故障產(chǎn)生的一個重要成因就是由于自身處于地下位置，在完成鋪設(shè)之后，如果電纜附近再次開展其他施工活動，很有可能造成電纜的損壞，甚至由于一些地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對于電纜來說也會造成毀滅性的打擊。如果發(fā)生了損壞，不能及時修復(fù)，會導(dǎo)致一條電力線路中斷高壓輸電。電力電纜故障的成因還會由于自身的設(shè)備質(zhì)量而產(chǎn)生，無論是外力還是內(nèi)因的因素，都需要得到及時的診斷以及維修。根據(jù)不同的故障類型需要對癥下藥，選取適當(dāng)?shù)姆桨高M行解決。

二、高壓電力電纜接地故障成因

（一）機械性損傷導(dǎo)致接地故障

在高壓電力電纜的故障當(dāng)中，一種十分常見的故障類型就是機械性損傷，這種損傷成因可以占到故障總量的一半以上。所謂機械性故障就是電力電纜在鋪設(shè)以及運行過程當(dāng)中受到了外力的作用，有直接外力損傷、施工損傷、自然損傷等。在當(dāng)時并不會具有十分明顯的表現(xiàn)，但是隨著時間的推移，小的損傷慢慢惡化，最后變成了大的損傷。機械性損傷的成因較多，同時也難以發(fā)現(xiàn)。電纜要根據(jù)電力規(guī)程的技術(shù)要求，對電纜加強絕緣監(jiān)督和巡查。

（二）絕緣受潮導(dǎo)致接地故障

高壓電力電纜接地故障的另一種常見類型是絕緣受潮，這種現(xiàn)象和電纜所處的惡劣環(huán)境具有十分重要的關(guān)系。高空架設(shè)的電纜，還是地下敷設(shè)的電纜，由于常年受到雨淋和地下水分的侵蝕，加上電纜中間接頭、終端接頭制作工藝和質(zhì)量存在的瑕疵，密封不良，使電纜不免受潮氣侵襲，日積月累，電纜受潮，表現(xiàn)為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。導(dǎo)致電纜熱損耗增加，加大病情，帶病運行，為電纜的故障發(fā)生埋下了隱患。電纜接頭或套管表面臟污、潮濕對電纜絕緣電阻有較大影響。為了杜絕電纜受潮，一是要選用質(zhì)量上乘的電纜接頭絕緣護套，二是要在制作工藝上精益求精，三是平常要加大對電纜的巡視和維護保養(yǎng)。

（三）絕緣老化導(dǎo)致接地故障

電纜日常在電和熱的雙重作用下運行，甚至過負荷運行和受到過電壓的沖擊，其介質(zhì)損耗都會增加，其物理性能會逐漸發(fā)生變化，使其絕緣性能慢慢降低，電纜芯周圍的絕緣材料就會隨著時間的推移，慢慢老化，其絕緣電阻減小，耐壓水平下降，電纜的使用壽命降低就不可避免。絕緣老化這一類型的電力電纜接地故障也十分常見，并且大部分都存在于長時間使用之后的電力電纜當(dāng)中。

（四）低阻和高阻故障

如果電纜相間絕緣或是相對地絕緣受損，其絕緣電阻減小到一定程度，就成稱為低阻故障。相對地絕緣電阻減小到150Ω以下時便認(rèn)為是低阻故障，如果此絕緣電阻繼續(xù)減小到零，這種情況被稱之為短路故障，是屬于低阻故障的特殊情況。若故障點在電纜終端頭，當(dāng)相對地絕緣電阻小于電纜特性絕緣阻抗才認(rèn)可為低阻故障。相對于低阻故障，若電纜相間或相對地故障絕緣電阻較大，通常稱為高阻故障，它包括泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性故障。在電纜做預(yù)試時，泄漏電流是隨試驗電壓的升高而逐漸增大且其值大大超過規(guī)定的泄漏值，是泄漏性故障的特點；閃絡(luò)性高阻故障則恰恰相反，其特點是故障點不但沒有形成低阻通道，絕緣電阻反而卻很大。做試驗時，當(dāng)電壓升高到一定值時，泄漏電流才突然增大，當(dāng)電壓稍降低時，此現(xiàn)象又消失了。

三、高壓電力電纜接地故障的有效診斷方法

開展高壓電力電纜的接地故障診斷，擁有多種辦法，其分為電纜故障測距技術(shù)以及電纜精確定位技術(shù)，其中測距技術(shù)包含有低壓脈沖發(fā)射法以及電橋法，電纜精確定位技術(shù)包含有聲波法、聲磁同步法以及電纜燒穿法。無論哪一種方法都擁有自身獨特的技術(shù)特點以及其優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)實情況選擇適宜的辦法。一般先用兆歐表測量每相對地絕緣電阻，粗略判斷是高阻故障還是低阻接地。

（一）低壓脈沖發(fā)射法

低壓脈沖發(fā)射法檢查高壓電力電纜的接地故障是一種無損的查找技術(shù)。這項技術(shù)能夠通過低壓電流窄脈沖信號進行發(fā)送，這種信號在發(fā)送到了電力電纜當(dāng)中之后，就會在信號短路點、接頭以及短路點遇到發(fā)送出的信號，并且由于接收到位置的不同，在反饋的波形上就存在一定的差別。低壓脈沖發(fā)射法在檢測過程當(dāng)中主要是利用了危及計算機的反射時間差，進行反射波形的測量，這種故障診斷的方式，實質(zhì)上是利用電流的形式，將故障反映到計算機當(dāng)中，能夠有效提升電力電纜接地故障診斷的效率。一般來說，如果反射的波形為正波形，那么就是短路點，如果反射的是負波形，也是短路點，而反射出的波形較為平緩，并且是正負波形，那就意味著故障產(chǎn)生的位置是中間的接頭部分，故障的特點是低阻故障。在電力電纜接地故障的低壓脈沖發(fā)射法診斷當(dāng)中，使用的范圍與頻率較廣，在其中，針對電纜短路，斷路以及低阻故障開展監(jiān)測十分有效，并且還能夠應(yīng)用在測量電纜的具體長度以及區(qū)分T型接頭和終端頭的方面。低壓脈沖發(fā)射法使用的過程當(dāng)中，重點就是保證對于波形的解讀，牢記不同波形代表的故障種類。

（二）電橋法

電橋法是一種檢測低阻接地故障的有效手段，這種方式能夠有效針對高壓電力電纜當(dāng)中出現(xiàn)的較為常見的低阻接地故障進行檢測，應(yīng)用的主要原理是電橋原理。電橋法開展檢測工作，主要的診斷方式就是在電纜的外部進行電阻阻值的調(diào)節(jié)，通過電阻阻值的變化來保證在電橋兩段擁有一個平衡的狀態(tài)，這樣能夠開展計算工作。經(jīng)過計算之后，結(jié)合數(shù)值與經(jīng)驗規(guī)律，就可以有效判斷出電力電纜的故障點具體為止。在電力電纜的接地故障當(dāng)中，低阻接地故障是一種常見的現(xiàn)象，電橋法的優(yōu)勢在于使用較為便利，工作效率較高。

（三）聲波法

聲波法進行高壓電力電纜的接地故障診斷，能夠?qū)⒙暡ㄗ鳛闄z測的工具，通過發(fā)射聲波的方式判斷故障的位置以及類型。聲波法診斷接地故障時，首先需要把高壓脈沖發(fā)射到電力電纜當(dāng)中，當(dāng)高壓脈沖到達了故障點位置以后，就能夠利用聲波攜帶的能量擊穿接地點，這樣一來就會產(chǎn)生一聲短暫的響聲，通過拾音器，能夠?qū)⑦@個聲音擴大，從聲響進行故障的位置的判斷。聲波法進行電纜接地故障的位置確定，使用起來能夠體現(xiàn)出準(zhǔn)確的優(yōu)點，同時還可以保證在位置判斷時，效率不斷提升。聲波法在高阻接地故障和閃絡(luò)形故障的診斷和檢測當(dāng)中較為常見，并且具有良好的使用效果（郭法安.中壓配電網(wǎng)三芯電纜接地電流的機理與應(yīng)用[D].山東大學(xué),2016）。

（四）同步法

聲磁同步法主要應(yīng)用的方向是一些低阻接地故障以及高阻接地故障，聲磁同步主要應(yīng)用的器材是高壓脈沖發(fā)射器。高壓脈沖發(fā)射器可以發(fā)射出高壓脈沖，將其輸送到電力電纜當(dāng)中，當(dāng)脈沖到達了故障發(fā)生的位置之后，就可以將故障的電磁信號以及擊穿接地瞬間的聲音信號進行反饋。聲磁同步法應(yīng)用的過程當(dāng)中不能夠缺少的是電磁探測儀以及高頻拾音器，這兩種設(shè)備是幫助了解聲音反饋的重要器材。再利用聲磁同步法進行診斷檢測時，需要注意的是，低阻接地故障以及高阻接地故障，是較為適合聲磁同步法的，需要發(fā)揮出自身的優(yōu)勢，以此才能夠提升診斷的準(zhǔn)確性。在使用電磁探測儀以及高頻拾音器之前也需要能夠進行調(diào)試和校驗。

（五）電纜燒穿法

不同于利用以上幾種方法進行電力電纜的接地故障診斷，電纜燒穿法開展故障的檢驗診斷能夠在聲波法、聲磁同步法不能夠擊穿接地點的情形下，利用電纜燒穿儀器進行高壓小電流的發(fā)射。電纜燒穿法在發(fā)射電流之后，能夠促使電力電纜進行不間斷的短路發(fā)熱，從而保證在外部的絕緣熱老化以及碳化，以此能夠有效判斷出電纜故障發(fā)生的具體為位置。電纜燒穿法和聲波法以及聲磁同步法使用的區(qū)別在于，電纜燒穿法能夠適應(yīng)更多的情境，保證診斷工作的進行。電纜燒穿法的使用能夠幫助有效觀察電壓泄露以及殘壓電流值，通過數(shù)據(jù)的變化來了解是否為高阻故障。電纜燒穿法的使用對于一些較難診斷的電力電纜接地故障，具有良好的使用效果。

結(jié)論：綜上所述，在開展高壓電力電纜接地故障的診斷工作時，必須要能夠了解到相關(guān)故障的成因以及具體的類型。高壓電力電纜接地故障的有效診斷方法當(dāng)中，每一種方法都能夠發(fā)揮自身的優(yōu)勢進行診斷工作，需結(jié)合具體情況進行選擇分析。有時或許需要兩種方法的配合使用會更準(zhǔn)確。

參考：羅曉鍵，高壓電力電纜接地故障查找技術(shù)：電子技術(shù)與軟件工程，2017；成志威，城市電纜線路絕緣故障診斷技術(shù)研究：長沙理工大學(xué)，2015。