6kV電纜接地故障定位及處理

神華鄂爾多斯煤制油分公司 武彥誠

1 前言

我廠第一循環(huán)水變電所為35/6kV單母分段運(yùn)行，檢修站為下級(jí)6/0.4kV變電間（如圖1），電源分別取自第一循環(huán)水變電所6kVⅠ、Ⅱ段，饋線電纜長度約為750m，電纜型號(hào)為YJV22 3*95，有電纜中間頭2處。檢修站變電間主要負(fù)荷為消防隊(duì)、倉庫、維修中心辦公樓、生產(chǎn)指揮中心、舊辦公樓，一旦發(fā)生單相接地故障將導(dǎo)致檢修站變電間單電源運(yùn)行，影響供電系統(tǒng)正常運(yùn)行。那么如何快速、準(zhǔn)確地查找故障點(diǎn)位置，盡快恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免因停電造成的損失，是供電人員必須解決的首要問題。

圖1

2 故障現(xiàn)象

2017年7月29日，16點(diǎn)49分電氣值班人員發(fā)現(xiàn)第一循環(huán)水場(chǎng)變電所6kVⅡ段母線小電流接地選線裝置（北京思達(dá)星MLX-620）報(bào)饋線維修站2#（6214）接地(如圖2)，電氣人員倒閘操作將維修站6kV變電間運(yùn)行方式改變?yōu)椋?T1帶0.4kVⅠ、Ⅱ段母線運(yùn)行，16:54分將饋線維修站2#（6214）停電后，接地故障信息自動(dòng)消除。

圖2

電氣人員對(duì)故障電纜進(jìn)行絕緣測(cè)量，電阻分別為：

A相對(duì)B、C相及地 210MΩ B相對(duì)A、C相及地 1.23KΩ C相對(duì)A、B相及地 3.89MΩ

3 原因分析

第一循環(huán)水變電所饋出至檢修站電纜主要為地埋鋪設(shè)，而地埋電纜故障主要的原因?yàn)椋?/p>

1)施工破壞、機(jī)械損傷。地埋電纜故障的發(fā)生絕大多數(shù)是由土建施工破壞引起，但是其中只有部分故障能直接造成輸電保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作，并能直觀發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，而80%故障不會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作，時(shí)間短的幾天，長至幾個(gè)月破壞部位才發(fā)展到鎧裝鉛皮穿孔，潮氣侵入而導(dǎo)致?lián)p傷部位徹底崩潰形成故障。

2)中間電纜頭制作工藝差。此類隱患導(dǎo)致電纜故障也經(jīng)常發(fā)生，制造缺陷致使屏蔽層未能有效包裹銅帶、焊接及接地，運(yùn)行中產(chǎn)生過電壓擊穿絕緣層，造成電纜接地故障?；蛘呤请娎|頭聯(lián)接采用熱縮材料，而烘烤不均或烘烤過度，造成絕緣材料熱縮不緊密或熱熔過度，從而降低本體絕緣強(qiáng)度。

3)長期過負(fù)荷或偏相嚴(yán)重。電纜過負(fù)荷及偏相嚴(yán)重，其溫度會(huì)隨之升高，尤其在炎熱的夏季，常常導(dǎo)致電纜薄弱處和對(duì)接頭處首先被擊穿。

4)電纜老化。電腐蝕、化學(xué)腐蝕。

5)電纜質(zhì)量差。通過測(cè)量絕緣電阻發(fā)現(xiàn)B、C相絕緣明顯降低，其中B相絕緣已經(jīng)損壞，而C相絕緣也已經(jīng)絕緣下降，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)極易造成兩相短路故障。

故障發(fā)生前，故障電纜附近曾有過地面施工，但電氣人員詢問土建施工人員，施工人員確定施工深度并未觸及到電纜。結(jié)合最近鄂爾多斯地區(qū)連續(xù)強(qiáng)降雨，電氣人員初步判斷是電纜中間頭進(jìn)水。

4 故障定位

電纜接地故障定位常用方法。

4.1 聲測(cè)法

聲測(cè)法接線圖（如圖3）所示。通過直流調(diào)壓器調(diào)壓使升壓器產(chǎn)生高壓，對(duì)電容充電，當(dāng)電容電壓上升到間隙放電電壓時(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)。這種方法十分準(zhǔn)確、有效，關(guān)鍵在故障點(diǎn)聲音要足夠大。故障點(diǎn)聲音取決于沖擊電流的大??；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。

圖3

圖示說明：K-電源開關(guān)，TB-調(diào)壓器，JQ-交流接觸器及接點(diǎn)，LJ-電流繼電器及接點(diǎn)，B-升壓變壓器，D-高壓硅堆，C-穩(wěn)壓電容器，R-保護(hù)電阻，HA-合閘按鈕，TA-跳閘按鈕，kV-電壓分壓器。

4.2 低壓脈沖法

低壓脈沖法可對(duì)低阻、短路故障和斷路故障進(jìn)行預(yù)定位。同時(shí)。也能識(shí)別電纜的中間接頭、及終端頭。其原理為：脈沖反射儀給電纜發(fā)射低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到特性阻抗不匹配點(diǎn)(如斷路點(diǎn)、短路點(diǎn)、終端點(diǎn)等)，在這些點(diǎn)上會(huì)引起脈沖波的反射，并返回到測(cè)試端，由脈沖反射儀接收并給出故障軌跡及算出故障距離。

故障距離Lx是由下面公式計(jì)算：

其中，V是波速度(m／μs)，如油浸紙絕緣電纜的波速度為160m/μs，交聯(lián)聚乙烯電纜的波速度為180m/μs。t為發(fā)射脈沖從測(cè)試端到故障點(diǎn)。再由故障點(diǎn)返回到測(cè)試端的往返時(shí)間。由脈沖反射儀測(cè)出，單位為微秒(μs)

故障發(fā)生后，由于現(xiàn)場(chǎng)并沒有以上電纜接地故障測(cè)試儀器，而確定電纜接地位置迫在眉睫，因此用武漢華超HCZGF-3直流高壓發(fā)生器進(jìn)行直流放電，電纜1#、2#中間頭處派人進(jìn)行查找聲音，經(jīng)過仔細(xì)查找并沒有發(fā)現(xiàn)有放電聲。

4.3 直流電橋法

因?yàn)橹绷靼l(fā)生器并沒有配備放電間隙和電容，直流放電電流較小，導(dǎo)致放電聲音較小，而且也沒有聲音放大器，所以考慮利用基本的直流電橋法進(jìn)行故障點(diǎn)距離測(cè)量。

采用直流電橋法確定電纜接地位置時(shí)，電纜故障必須為低阻故障。而A相電纜絕緣電阻為210MΩ、B相電纜絕緣電阻為1.25KΩ、C相電纜絕緣電阻為3.89MΩ，其中A相電纜絕緣狀態(tài)良好，B相電纜接近低阻故障，C相電纜為高阻故障，必須將B相電纜絕緣電阻盡量降低，以減少直流電橋法測(cè)量誤差，而C相電纜故障為高阻故障，現(xiàn)場(chǎng)無有效測(cè)量方法，初步懷疑電纜B、C相故障點(diǎn)為一處。

現(xiàn)場(chǎng)采用的是武漢華超YD-5/50干式變壓器串聯(lián)高壓硅堆對(duì)電纜B相進(jìn)行直流放電，想通過持續(xù)放電將電纜B相絕緣徹底燒穿，試驗(yàn)時(shí)高壓電流控制在100mA以下，經(jīng)過數(shù)小時(shí)持續(xù)放電，搖測(cè)電纜B相絕緣電阻降為0Ω。

在使用直流電橋法測(cè)試前，首先將電纜B相與絕緣完好的A相在負(fù)荷側(cè)用螺栓短接，要求接觸緊固，接觸電阻越小越好，測(cè)量接線（如圖4）所示，測(cè)量裝置為武漢華超HCZZ-3直流電阻測(cè)試儀。

圖4

測(cè)量電纜A-B相電阻RAB為0.2609Ω。

更換直流電阻測(cè)試儀接線，分別測(cè)量電纜A相至故障點(diǎn)電阻及電纜B相至故障點(diǎn)電阻，測(cè)量同樣在電源側(cè)進(jìn)行，負(fù)荷側(cè)用螺栓短接，測(cè)量接線（如圖5）所示。

圖5

測(cè)量電纜A相至故障點(diǎn)電阻RA’為2.151 Ω。

測(cè)量電纜B相至故障點(diǎn)電阻RB’為 2.064Ω。

RA’與RB’所測(cè)電阻為電纜纜芯電阻與接地電阻Rg之和。

將測(cè)量結(jié)果帶入式一得知：接地電阻Rg為1.97705Ω。

電纜A相與B相長短相等，根據(jù)電阻R＝L／S，即電阻R與電纜長度成正比。

可知電纜A相、B相纜芯電阻RA等于RB等于。

電纜B相至故障點(diǎn)纜芯電阻（不包括接地電阻Rg）RB1’為RB’-Rg=0.08695Ω。

經(jīng)計(jì)算得出電纜B相故障點(diǎn)距電源側(cè)499.9M，因?yàn)殡娎|地埋鋪設(shè)并無地樁確定走向和距離，現(xiàn)場(chǎng)只能初步估計(jì)故障點(diǎn)為1#電纜中間頭附近，電氣人員將電纜中間頭鋸斷后，遙測(cè)電纜電源側(cè)至1#中間頭絕緣電阻如下：

A相對(duì)B、C相及地 215MΩ B相對(duì)A、C相及地 0Ω C相對(duì)A、B相及地 208MΩ

通過測(cè)量絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)電纜B相故障并沒消除，而電纜C相故障消失絕緣正常，判斷電纜B相、C相故障點(diǎn)為兩處。

對(duì)電纜B相故障，現(xiàn)場(chǎng)同樣采用直流電橋法測(cè)量，將電纜B相與絕緣完好的A相在電纜電源側(cè)用螺栓短接，測(cè)量在1#電纜中間頭進(jìn)行（如圖6），要求接觸緊固，接觸電阻越小越好。測(cè)量方法、接線如第一次一樣，經(jīng)測(cè)量得出：

圖6

電纜A-B相電阻RAB為 0.1890Ω。

電纜A相中間頭至故障點(diǎn)電阻RA’為0.2819Ω。

電纜B相中間頭至故障點(diǎn)電阻RB’為0.1064Ω。

經(jīng)計(jì)算得出電纜B相中間頭距故障點(diǎn)17.76米。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量故障距離，確認(rèn)故障點(diǎn)為近期土建施工水泥地面，經(jīng)過動(dòng)土挖開地面，發(fā)現(xiàn)電纜過路面穿塑料保護(hù)管，土建工人施工時(shí)，雖作業(yè)深度并未觸及電纜，但施工中大型作業(yè)設(shè)備的沖擊，導(dǎo)致塑料管破裂擠壓電纜絕緣，并且持續(xù)的強(qiáng)降雨，雨水滲透至受損部位，導(dǎo)致發(fā)生電纜接地故障。

而電纜C相故障，經(jīng)電氣人員排查發(fā)現(xiàn)2#電纜中間頭內(nèi)進(jìn)水，導(dǎo)致電纜絕緣受潮，經(jīng)重新做中間頭后，電纜絕緣恢復(fù)正常。

5 建議整改措施

1)第一循環(huán)水變電所饋出至檢修站變電間的雙回路電纜，雖然距離并不是很遠(yuǎn)，但是經(jīng)過廠區(qū)重要路段，車輛經(jīng)常行駛，路面頻繁施工維修，路面下電纜保護(hù)管建議使用鍍鋅鋼管，避免機(jī)械損傷。

2)通過此次電纜接地故障，發(fā)現(xiàn)部分地埋電纜無明顯標(biāo)樁。根據(jù)GB 50217－2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.3.2規(guī)定“位于城郊或空曠地帶，沿電纜路徑的直線間隔100m、轉(zhuǎn)彎處或接頭部位，應(yīng)豎立明顯的方位標(biāo)志或標(biāo)樁?！?/p>

3)電纜1、2#中間頭電纜井附近為廠區(qū)草地，綠化人員經(jīng)常對(duì)草地進(jìn)行噴水澆灌，電纜井內(nèi)長期處于潮濕環(huán)境中，建議對(duì)1、2#中間頭進(jìn)行灌膠處理，提高電纜頭受潮能力。

4)電纜接地故障發(fā)生較長時(shí)間后，電氣運(yùn)行人員才發(fā)現(xiàn)小電流選線裝置報(bào)警，選線裝置信號(hào)并未傳入后臺(tái)，導(dǎo)致電氣人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理故障，建議將選線裝置通訊接至后臺(tái)。

6 結(jié)語

直流電橋法是使用歷史最長的電纜測(cè)尋方法，在電纜故障測(cè)試技術(shù)迅速發(fā)展、涌現(xiàn)出各種新型測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備的情況下，直流電橋法在測(cè)尋電纜低阻接地的故障方面，仍有使用方便、設(shè)備簡單、精準(zhǔn)度較高的優(yōu)點(diǎn)。但是使用直流電橋法測(cè)量電纜故障時(shí)，電纜必須有一相絕緣完好，否則不能組成電橋回路，而且電纜故障相與完好相短接一定要緊固，確保測(cè)量誤差降低。