10～110 kV 電纜線路故障探測(cè)方法研究

韋立坤，喬丕凡，王立勇，張 凱，張柏宗

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，10～110 kV 電纜線路以其占用空間小、運(yùn)行穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、美化市容、改善電力系統(tǒng)功率因數(shù)、降低供電成本等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到城市規(guī)劃者的青睞，但電纜線路故障探測(cè)難度大，在一定程度上制約了電纜線路的廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)時(shí)間的停電檢修不僅對(duì)電力客戶造成經(jīng)濟(jì)損失［1］，也給電網(wǎng)企業(yè)的健康運(yùn)行帶來(lái)了負(fù)面的社會(huì)效應(yīng)，因此創(chuàng)新電纜線路故障探測(cè)工作方法，快速有效地進(jìn)行故障診斷和定位具有重要意義。

文獻(xiàn)［2］簡(jiǎn)述了10 kV 線路故障原因及故障查找中的全面搜查法、遙測(cè)法和儀器檢測(cè)法。文獻(xiàn)［3］對(duì)常見(jiàn)的電纜故障定位方法原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析。文獻(xiàn)［4］詳細(xì)分析和探討了故障預(yù)定位和精確定位方法。文獻(xiàn)［5］介紹了電纜故障的原因、性質(zhì)和測(cè)距方法。目前的研究多集中在對(duì)電纜故障中某個(gè)環(huán)節(jié)的分析，如故障類(lèi)型、測(cè)距方法或定位方法，缺乏對(duì)電纜故障探測(cè)過(guò)程完整、系統(tǒng)地研究分析。

簡(jiǎn)要介紹市區(qū)10～110 kV 電纜線路故障原因及分類(lèi)，提出電纜線路故障探測(cè)四步工作法，即探測(cè)前準(zhǔn)備、故障性質(zhì)診斷、故障測(cè)距、故障定點(diǎn)，并對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行詳述，進(jìn)而制定10～110 kV 電纜線路故障探測(cè)流程。以實(shí)際案例驗(yàn)證電纜故障探測(cè)方法的有效性，為今后此類(lèi)故障的處理提供參考。

1 10～110 kV 電纜線路故障原因及分類(lèi)

1.1 故障原因分析

在城市市區(qū)內(nèi)10～110 kV 電纜線路故障有逐漸形成的，也有突然發(fā)生的，分為單一型和復(fù)合型兩類(lèi)，發(fā)生故障的原因也多種多樣，常見(jiàn)的故障原因可以分為以下幾類(lèi)［6-8］：

1） 附件制作工藝不達(dá)標(biāo)。電纜附件包括中間接頭和電纜終端，用于連接電纜與電纜、電纜與其他電氣設(shè)備或架空線路，是最容易發(fā)生故障的部件。電纜附件的制作工藝不達(dá)標(biāo)直接影響到電纜線路的運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命，安裝人員水平不足（不了解部件性能、剝切尺寸不滿足要求、密封或接地安裝不合格等）、現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境差（溫度過(guò)高、濕度過(guò)大、有灰塵等）均會(huì)導(dǎo)致電纜附件制作工藝不達(dá)標(biāo)。

2）過(guò)程施工不規(guī)范。在電纜敷設(shè)過(guò)程中，施工不規(guī)范會(huì)導(dǎo)致電纜本體受損或運(yùn)行條件變差，導(dǎo)致電纜在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障。例如：施工隊(duì)伍未按要求放置滑輪、輸送機(jī)、牽引機(jī)會(huì)造成電纜在地面拖行、轉(zhuǎn)彎處的彎曲半徑過(guò)小等問(wèn)題，損傷電纜外護(hù)套，甚至破壞到電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，致使電纜使用壽命縮短；施工過(guò)程中未對(duì)電纜兩端進(jìn)行有效的密封處理，會(huì)導(dǎo)致潮氣、水分進(jìn)入電纜內(nèi)部，運(yùn)行一段時(shí)間后引發(fā)電纜本體絕緣故障。

3）本體質(zhì)量不過(guò)關(guān)。生產(chǎn)商在電纜生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量管控不嚴(yán)格，導(dǎo)致電纜絕緣層中有氣泡或雜質(zhì)、內(nèi)外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻等缺陷。電纜在運(yùn)行過(guò)程中電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻，造成電纜絕緣破壞，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，最終導(dǎo)致電纜絕緣擊穿故障。

4）外力破壞。外力破壞是外部力量對(duì)運(yùn)行中電纜線路造成的破壞，通常是因?yàn)槭┕し桨附坏撞粐?yán)、施工方暴力施工、交通事故或自然災(zāi)害（如地震、洪水、臺(tái)風(fēng)、泥石流等）導(dǎo)致電纜通道坍塌等原因造成的。

1.2 故障分類(lèi)

10～110 kV 電纜線路發(fā)生故障后，其故障點(diǎn)可用圖1 所示電路來(lái)等效，其中：Cf為局部分布電容，Rf為絕緣電阻，G 為擊穿電壓Vg的擊穿間隙。不同的故障情況下，上述3 個(gè)數(shù)值變化很大，并且互相之間沒(méi)有必然聯(lián)系［9］。

電纜線路故障可分為斷線故障、低阻故障、高阻故障、閃絡(luò)性故障四類(lèi)，其絕緣電阻和擊穿情況如表1 所示［10］。

表1 電纜線路故障分類(lèi)

2 10～110 kV 電纜線路故障探測(cè)流程

10～110 kV 電纜線路故障探測(cè)流程如圖2 所示，主要包括：探測(cè)前準(zhǔn)備、故障性質(zhì)診斷、故障測(cè)距、故障定點(diǎn)。

圖2 10～110 kV 電纜線路故障探測(cè)流程

2.1 探測(cè)前準(zhǔn)備

10～110 kV 電纜線路故障查找人員在進(jìn)行電纜探測(cè)前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作：

1）提前掌握故障線路的相關(guān)設(shè)計(jì)、運(yùn)維、檢修資料，包括通道類(lèi)型、路徑信息、電纜走向、電纜路面標(biāo)識(shí)、線路長(zhǎng)度、中間接頭位置信息、臨近線路運(yùn)行情況等。

2）配備適當(dāng)?shù)臏y(cè)量?jī)x器并檢查合格，夜間探測(cè)應(yīng)配備足夠的照明，惡劣天氣條件下準(zhǔn)備好必要的個(gè)人防護(hù)用品和安全工器具，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)前須按要求做好相應(yīng)的安全措施。

2.2 故障性質(zhì)診斷

10～110 kV 電纜線路故障性質(zhì)診斷，即借助絕緣電阻表、萬(wàn)用表等儀器儀表確定電纜線路的故障類(lèi)型，為探測(cè)人員選擇合適的電纜故障測(cè)距和定點(diǎn)方法提供依據(jù)，是電纜故障探測(cè)工作的基礎(chǔ)。主要分為以下幾個(gè)步驟：

1）導(dǎo)通試驗(yàn)，根據(jù)相接地、相不接地時(shí)的導(dǎo)通情況進(jìn)行初步判斷，分為相接地不導(dǎo)通類(lèi)、相不接地導(dǎo)通類(lèi)、導(dǎo)通正常類(lèi)。

2）測(cè)量絕緣電阻，使用絕緣電阻表對(duì)各相分別進(jìn)行測(cè)量。

3）若相接地不導(dǎo)通類(lèi)中絕緣電阻值為無(wú)窮大或正常，則該相為斷線故障。

4）若相不接地導(dǎo)通類(lèi)中絕緣電阻值遠(yuǎn)小于正常值，用萬(wàn)用表進(jìn)行進(jìn)一步精確測(cè)量，如果測(cè)量阻值小于1 kΩ（或根據(jù)使用的設(shè)備自行規(guī)定），則判斷該相為低阻故障；反之，為高阻故障。

5）若導(dǎo)通正常類(lèi)中絕緣電阻值為無(wú)窮大或正常，則進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，若直流耐壓試驗(yàn)擊穿，則判斷該相為閃絡(luò)性故障；反之，則該相無(wú)故障，為完好相。

2.3 故障測(cè)距

10～110 kV 電纜線路故障測(cè)距，即借助低壓脈沖法、脈沖電流法、二次脈沖法等方法判斷故障點(diǎn)離探測(cè)點(diǎn)的距離，確定故障點(diǎn)的大概范圍，為最終故障定點(diǎn)提供助力。

在進(jìn)行故障測(cè)距前，首先應(yīng)用低壓脈沖法測(cè)量電纜全長(zhǎng)，再根據(jù)故障類(lèi)型選擇合適的測(cè)距方法進(jìn)行測(cè)量。不同性質(zhì)的故障采用的測(cè)距方法有所不同，如表2 所示。

表2 10～110 kV 電纜線路故障測(cè)距方法

2.4 故障定點(diǎn)

10～110 kV 電纜線路故障定點(diǎn)，即為基于故障測(cè)距結(jié)果，借助聲測(cè)定點(diǎn)法、音頻感應(yīng)法、聲磁同步法等方法對(duì)電纜故障進(jìn)行精確定點(diǎn)。根據(jù)故障類(lèi)型選擇合適的定點(diǎn)方法進(jìn)行精確測(cè)量，如表3 所示。得到電纜線路故障探測(cè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流程如圖3 所示。

表3 10～110 kV 電纜線路故障定點(diǎn)方法

3 案例分析

2019 年8 月13 日，某10 kV 電纜線路發(fā)生故障停電，探測(cè)人員在了解該條電纜的路徑走向、長(zhǎng)度規(guī)格及相關(guān)運(yùn)行歷史等資料后，對(duì)該條電纜線路進(jìn)行故障探測(cè)。

3.1 故障性質(zhì)診斷

對(duì)故障電纜線路進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試、絕緣電阻測(cè)量及直流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。絕緣電阻測(cè)量結(jié)果及耐壓試驗(yàn)擊穿情況如表5 所示。

表4 故障電纜線路導(dǎo)通試驗(yàn)結(jié)果

表5 絕緣電阻測(cè)量結(jié)果及耐壓試驗(yàn)擊穿情況 MΩ

由表5 可知： 線路無(wú)斷線故障；B 相為高阻故障；A 相、C 相為完好相。

3.2 故障測(cè)距

圖3 10～110 kV 電纜故障探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程

對(duì)B 相高阻故障進(jìn)行故障測(cè)距，利用故障測(cè)距儀器采用脈沖電流法對(duì)B 相高阻故障進(jìn)行故障測(cè)距，試驗(yàn)波形如圖4 所示。

由圖4 可知，電纜故障點(diǎn)離故障探測(cè)點(diǎn)147.9 m。

3.3 故障定點(diǎn)

對(duì)B 相高阻故障進(jìn)行故障定點(diǎn)，基于故障測(cè)距結(jié)果，利用故障定點(diǎn)儀器采用聲磁同步法在故障區(qū)段內(nèi)，對(duì)B 相進(jìn)行故障定點(diǎn)，找到離故障點(diǎn)最近位置時(shí)的波形如圖5 所示。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核查，此處有電力工井，打開(kāi)井蓋后，有煙冒出，伴有放電聲傳出。下井查看后，確認(rèn)故障點(diǎn)為電纜中間接頭，對(duì)該中間接頭進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)該中間接頭主絕緣上留有半導(dǎo)體線絲未清理，導(dǎo)致線路發(fā)生故障，如圖6 所示。

圖4 B 相故障測(cè)距波形

圖5 B 相故障定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

圖6 B 相電纜故障處解剖

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市電纜線路規(guī)模的不斷發(fā)展，電纜故障探測(cè)難度大、檢修時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題逐漸凸顯，科學(xué)的測(cè)試方法既提高了故障搶修的效率，也降低了作業(yè)人員盲目搶修帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

提出一種10～110 kV 電纜線路故障探測(cè)的方法，通過(guò)電纜線路導(dǎo)通試驗(yàn)進(jìn)行故障分類(lèi)，利用絕緣電阻測(cè)量確定故障性質(zhì)，借助低壓脈沖、脈沖電流、二次脈沖等方法判斷故障區(qū)間，最后用聲測(cè)定點(diǎn)、音頻感應(yīng)、聲磁同步等方法進(jìn)行故障定點(diǎn)。為廣大電力同行處理類(lèi)似問(wèn)題提供參考。