电力电缆故障查找方法与体会.doc

摘 要：随着电力电缆的广泛应用，电缆故障难以查找这一与生俱来的特点影响了电网的安全运行，也严重影响了人民生活。电力电缆故障点的迅速、准确定位,能够提高供电可靠性,减少故障修复费用及停电损失。本文结合一起电力电缆故障的查找经过,提供电力电缆故障检测的方法、步骤和体会,使大家更好的掌握电缆故障的探测知识。关键词：电力电缆 电缆故障 查找 检测 体会目 录摘 要一、电缆常见故障分析1.1故障原因分析1.2电力电缆故障的分类二、电缆故障探测的步骤2.1电缆故障性质诊断2.2电缆故障测距2.3电缆故障定点三、电缆故障性质诊断四、电缆故障点的查找方法及原理分析4.1测声法4.2电桥法：4.3电容电流测定法：4.4零电位法：五、电力电缆故障的预防六、查找的经验和体会结束语参考文献致谢电力电缆故障查找方法与体会随着电力系统的发展，电力电缆在电网供电中的普遍采用，电缆的数量有了很大的增长，电缆的故障也随之增多。无论是高压电缆或低压电缆，在施工安装、运行过程中经常因短路、过负荷运行、绝缘老化或外力作用等原因造成故障。电力电缆故障如何查找，怎样能快速准确地查找到故障点的精确位置， 缩短故障的修复时间，成为供电企业越来越关心的问题。找出电力电缆故障原因,并采取相应措施防范故障的发生,已成为当前电业生产运行面临的一个重要课题。一、电缆常见故障分析1.1故障原因分析 电力电缆按绝缘介质不同大致可分为油浸纸绝缘电缆、塑料电缆、橡皮电缆、充油电缆,目前,电力系统应用较为广泛的是塑料电缆,它由导体芯线、绝缘层、半导电层、金属屏蔽层、外护套层组成。据对供电公司近年来电缆故障的统计分析表明,故障多为绝缘损伤造成的闪络性故障和泄漏性故障,以及导体断线造成的开路故障,发生这类故障的原因主要是由于电缆的产品质量、安装敷设质量和外力破坏等情况引起的。1.1.1电缆产品质量的影响电缆产品质量的优劣,直接影响电缆的使用寿命和运行安全可靠性,虽然当前中低压电缆生产技术很成熟,不存在设计和工艺问题,但由于市场竞争管理等原因,造成部分厂家在生产中降低产品质量标准,使那些电缆绝缘有严重偏心、气隙、杂质的不合格的电力电缆流入市场,这些存在隐患的产品一旦投入运行将可能对电力系统的安全稳定造成严重的影响。1.1.2电缆施工质量的影响电力电缆规范的敷设安装是保证电缆线路正常安全运行的重要环节,否则,会对安全运行产生重大的隐患,并将导致事故的发生。近年来的统计表明有一半的电力电缆故障是电缆敷设安装不规范和安装质量不符合要求引起的,这主要表现在以下两个方面。（1）电缆头制作不规范和存在质量隐患施工人员在制作电缆头过程中未按施工环境要求及工艺标准严格施工,是导致电缆头故障的主要原因。（2）电缆施工质量欠佳电缆敷设施工不规范,在敷设时野蛮施工,都会造成电缆机械损伤和过度弯曲,也容易造成电缆外护套破损,使水份进入电缆内部,对电缆钢铠、钢屏蔽层等进行侵蚀,长时间将对主绝缘造成影响,导致事故发生。如桃山变110kV变电所10kV27#电信二枢纽出线电缆,电缆全长约2.7公里,为穿管敷设,电缆型号为YJV22-8.7/10KV,发生两起电缆本体主绝缘击穿事故。通过对故障点检查发现,电缆外护套分别有长约6公分、4公分的弧形破皮损伤现象。经分析主要原因为电缆在敷设过程中造成的损伤性外皮破裂,运行后水分从电缆破皮处进入使内部绝缘受潮,形成水树枝放电,经过一段时间发展最终导致绝缘击穿。1.1.3外力原因的破坏电力电缆遭受外力破坏引起的故障近年来呈上升趋势,主要原因有施工作业前未到供电部门进行确认核对,就随意进行机械开挖、打桩等施工工作,造成电缆损坏。如花园小区至1#箱变的电缆为YJV22-8.7/10KV型,长350米,在投运前做电缆交接试验时即发现有相绝缘到零,经查故障原因为小区道路建设在电缆施工之后,道路施工人员事先没有了解施工现场情况,擅自使用挖掘机开挖,使得电缆被损坏。1.2电力电缆故障的分类1.2.1 以故障材料特征分类可分为串联故障、并联故障及复合故障三类。（1）串联故障串联故障（金属材料缺陷）是指电缆一个或多个导体（包括铅、铝外皮）断开的故障。它是广义的电缆开路故障。因缆芯的连续性受到破坏，形成断线或不完全断线。不完全断线尤其不容易发现。串联故障具体可分为：一点开断、多点开断、一相断线、多相断线等。（2）并联故障并联故障（绝缘材料缺陷）是指导体对外皮或导体之间的绝缘水平下降，不能承受正常运行电压而发生的短路故障。它是广义的电缆短路故障。这类故障由于缆芯之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏而形成短路、接地、闪络击穿等现象，在现场出现频率较高。并联故障具体可分为：一相接地、两相接地、两相短路、三相短路等。（3）复合故障复合故障（绝缘材料、金属材料都出现了缺陷）是指缆芯与缆芯之间的绝缘均出现故障。它包括一相断线并接地、两相断线并接地、两相短路并接地等。1.2.2以故障点绝缘特征分类根据电缆故障点绝缘电阻Rf与击穿间隙G的情况，电缆故障又可分为开路故障、低阻故障、高阻故障、闪络故障四大类。该分类法为现场电缆故障最基本的分类方法，特别有利于探测方法的选择。电缆故障等效电路见图1-1。 其中，间隙击穿电压UG的大小取决于故障点放电通道（即击穿间隙）的距离G，绝缘电阻Rf 的大小取决于故障点电缆介质碳化程度，分布电容 Cf 的大小取决于故障点受潮程度。（1）开路故障电缆金属部分的连续性受到破坏，形成断线，且故障点的绝缘材料也受到不同程度的破坏。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf 为无穷大（），但在直流耐压试验时，会出现电击穿；检查芯线导通情况，有断点。现场一般以一相或二相断线并接地的形式出现。（2）低阻故障电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf小于10Z0（Z0为电缆的波阻抗，一般取1040之间）。现场一般低压动力电缆和控制电缆出现低阻故障的几率较高。（3）高阻故障电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf 大于10Z0，在直流高压脉冲试验时，会出现电击穿。高阻故障是高压动力电缆（6KV或10KV电力电缆）出现几率最高的电缆故障，可达总故障的80%以上。现场实测时，笔者一般取Rf =3K为划分高阻与低阻故障的界线。因为Rf =3K时，恰好能得到回线法电桥精确测量所必需的1050mA的测量电流。（4）闪络故障电缆绝缘材料受到损伤，出现闪络故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf为无穷大（），但在直流耐压或高压脉冲试验时，会出现闪络性电击穿。闪络性故障比较难测，特别是新敷设的电缆进行预防性试验出现闪络故障时。现场一般使用直流闪络法进行探测。1.2.3以故障触发原因及故障点特征分类根据电力电缆在运行或预防性试验中，电缆、电缆头及中间盒出现不同特点的绝缘破坏，还可分为放炮故障、击穿故障和运行故障三类。（1）放炮故障在工矿企业，运行中的电力电缆，由于种种原因，绝缘出现严重损坏，产生跳闸的事故。称为电缆放炮。这类故障的特点是：电缆故障点多数有铅包或铜皮破裂，外部有不同程度的变形；电缆故障性质常表现为两相短路接地或两相断线并接地，其接地电阻一般较小，解剖故障点，可发现电弧击穿的碳化点或树状放电碳道与裂痕。电缆放炮故障，其故障特征明显，大多数情况下，运行值班人员都能提供放炮大致位置。所以，这类故障除少数较复杂的情况需测距外，一般只要用万用表测定故障的具体性质（单相接地、短路接地、断线接地等），可用声测法直接定点，简单明了。（2）击穿故障实际工作中，因预防性试验而触发的电缆绝缘破坏事件，习惯称为电缆击穿。该类故障均发生在直流实验电压下，其绝缘破坏为电击穿，接地点一般铅包或铜皮完好，外部无明显变形（机械创伤除外）。电缆击穿故障多为单纯性接地故障，其接地故障较高，解剖故障点，绝缘材料没有碳化点，但通过仪器可发现碳孔和水树枝老化结构。对电缆击穿故障，特别是一些高阻接地性电缆击穿故障，其测试难点在测距。由于该类故障较为隐蔽，测试参数复杂多变，缺少规律性，所以能否迅速发现电缆故障点，测距是关键。“高压回线法”、“电锤法”均具有探测该类故障最有效的方法。（3）运行故障它是指工厂电力系统在运行中，电缆馈出线、电机、变压器的电缆引线，其高压二次回路出现电压波动或发现接地信号（有接地保护的电力元件出现接地跳闸），排除其他电力元件故障的可能性而确定的电缆故障。这类故障的最大特点就是不明确。电缆运行故障的极端形式就是电缆放炮（如两点接地引发的相间短路）；另一部分运行故障在做停点检查时，由于耐压通不过而发展成电缆击穿故障（如电缆老化、绝缘缺陷等）；还有一部分电缆运行故障是由于电缆引出线安装位置不当（如电缆相间或对地距离不够、电缆头脏污或电机基础进水等），这些故障主要进行一些简单处理即可；最不明确的是那些瞬时接地、产生不稳定闪络的电缆运行故障。该类故障在电缆停电后，绝缘电阻测量和直流耐压实验有相当部分可以通过，再把电缆投入系统后，也能正常运行一段时间；剩下的就是单相接地电缆故障，它们约占电缆运行故障的40%，这种接地故障一般外部也没有明显变形，接地电阻也不太高（一般几十至几百欧）。解剖故障点有细微的碳化点。电缆运行接地故障原因有两种：其一，由于电缆运行时间较长，绝缘层出现自然老化；其二，电缆在腐蚀环境中，电缆护套被迅速破坏，腐蚀性气体侵入绝缘层使其劣化。电缆绝缘层不管出现老化还是劣化，其击穿电压都会下降，最终导致额定工频电压下的电击穿，从而产生电缆接地故障。这类故障可用“低压回线法”探测；用“电锤法”探测，效果也较好。二、电缆故障探测的步骤电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个步骤。2.1电缆故障性质诊断即确定故障的性质，是断路还是短路；是高阻还是低阻等等。知道了性质后测试人员才可选择合适的电缆故障测距与定点方法。2.2电缆故障测距电缆故障测距，是在电缆的一端使用仪器确定故障距离，常用地方法有电桥法和行波法。2.3电缆故障定点电缆故障定点，是按照故障测距结果，沿着电缆路径走向，找出故障点的大体方位来。在一个很小的范围内，运用一些定点方法来确定故障点的准确位置。一般来说，成功的电缆故障探测都要经过以上三个步骤，否则欲速则不达。三、电缆故障性质诊断所谓诊断电缆故障的性质，就是指确定：故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭故障；是接地、短路、断路，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。可以根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。例如，运行中的电缆发生故障时，若只是给了接地信号，则有可能是单相接地的故障。继电保护过流继电器动作，出现跳闸现象，则此时可能发生了电缆短路故障。但通过上述现象不能完全将电缆故障的性质确定下来，还必须测量绝缘电阻和进行通路试验。测量绝缘电阻是判断电缆的绝缘状况、接地情况。测量时根据电缆的电压等级，选用合适的兆欧表来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻。进行通路试验时，将电缆末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量芯线之间的电阻。以此来判断电缆线芯完整性和阻性。四、电缆故障点的查找方法及原理分析电力电缆故障查找是一项技术性与经验性都比较强的工作。长期以来，测试人员所掌握的探测技术与测试经验大都是从现场实际测试中获得的。然而，对一个供电部门的检修人员来说，其所辖范围的电缆故障的数量并不是很多，从实际工作中获取故障查找技术与经验的机会也就不是很多，要想全面掌握电缆故障查找这门技术并拥有丰富的经验需要长期从事一线工作的积累和不断地与同行进行切磋研究。4.1测声法： 所谓测声法就是根据故障电缆放电的声音进行查找，该方法对于高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。此方法所用设备为直流耐压试验机。电路接线如图1所示，其中SYB为高压试验变压器，C为高压电容器，ZL为高压整流硅堆，R为限流电阻，Q为放电球间隙，L为电缆芯线。 当电容器C充电到一定电压值时，球间隙对电缆故障芯线放电，在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生“滋、滋”的火花放电声，对于明敷设电缆凭听觉可直接查找，若为地埋电缆，则首先要确定并标明电缆走向，再在杂噪声音最小的时候，借助耳聋助听器或医用听诊器等音频放大设备进行查找。查找时，将拾音器贴近地面，沿电缆走向慢慢移动，当听到“滋、滋 ”放电声最大时，该处即为故障点。使用该方法一定要注意安全，在试验设备端和电缆末端应设专人监视。 4.2电桥法： 电桥法就是用双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算出故障点。该方法对于电缆芯线间直接短路或短路点接触电阻小于1的故障，判断误差一般不大于3m，对于故障点接触电阻大于1的故障，可采用加高电压烧穿的方法使电阻降至1以下，再按此方法测量。 测量电路如图2所示，首先测出芯线a与b之间的电阻R1，则R1=2Rx+R，其中Rx为a相或b相至故障点的一相电阻值，R为短接点的接触电阻。再就电缆的另一端测出a与b芯线间的直流电阻值R2，则R2=2R(L-X)+R,式中R(L-X)为a相或b相芯线至故障点的一相电阻值，测完R1与R2后，再按图3所示电路将b与c短接，测出b、c两相芯线间的直流电阻值，则该阻值的1/2为每相芯线的电阻值，用RL表示，RL=Rx+R(L-X)，由此可得出故障点的接触电阻值：R=R1+R2-2RL，因此，故障点两侧芯线的电阻值可用下式表示：Rx=(R1-R)/2，R(L-X)=(R2-R)/2。Rx、R(L-X)、RL三个数值确定后，按比例公式即可求出故障点距电缆端头的距离X或(L-X)：X=(RX/RL)L，(L-X)=(R(L-X)/RL)L，式中L为电缆的总长度。采用电桥法时应保证测量精度，电桥连接线要尽量短，线径要足够大，与电缆芯线连接要采用压接或焊接，计算过程中小数位数要全部保留。 4.3电容电流测定法： 电缆在运行中，芯线之间、芯线对地都存在电容，该电容是均匀分布的，电容量与电缆长度呈线性比例关系，电容电流测定法就是根据这一原理进行测定的，对于电缆芯线断线故障的测定非常准确。测量电路如图4所示，使用设备为12kVA单相调压器一台，030V、0.5级交流电压表一只，0100mA、0.5级交流毫安表一只。测量步骤： 首先在电缆首端分别测出每相芯线的电容电流(应保持施加电压相等)Ia、Ib、Ic的数值。在电缆的末端再测量每相芯线的电容电流Ia、Ib、Ic的数值，以核对完好芯线与断线芯线的电容之比，初步可判断出断线距离近似点。 根据电容量计算公式C=1/2fU可知，在电压U、频率f不变时C与I成正比。因为工频电压的f(频率)不变，测量时只要保证施加电压不变，电容电流之比即为电容量之比。设电缆全长为L，芯线断线点距离为X，则Ia/ Ic=L/X，X=( Ic/ Ia)L。 测量过程中，只要保证电压不变，电流表读数准确，电缆总长度测量精确，其测定误差比较小。 4.4零电位法： 零电位法也就是电位比较法，它适应于长度较短的电缆芯线对地故障，应用此方法测量简便精确，不需要精密仪器和复杂计算，其接线如图5所示，测量原理如下：将电缆故障芯线与等长的比较导线并联，在两端加电压E时，相当于在两个并联的均匀电阻丝两端接了电源，此时，一条电阻丝上的任何一点和另一条电阻丝上的对应点之间的电位差必然为零。反之，电位差为零的两点必然是对应点。因为微伏表的负极接地，与电缆故障点等电位，所以，当微伏表的正极在比较导线上移动至指示值为零时的点与故障点等电位，即故障点的对应点。 图中K为单相闸刀开关，E为6V蓄电池或4节1号干电池，G为直流微伏表，测量步骤如下：先在b和c相芯线上接上电池E，再在地面上敷设一根与故障电缆长度相等的比较导线S，该导线要用裸铜线或裸铝线，其截面应相等，不能有中间接头。 将微伏表的负极接地，正极接一根较长的软导线，导线另一端要求在敷设的比较导线上滑动时能充分接触。 合上闸刀开关K，将软导线的端头在比较导线上滑动，当微伏表指示为零时的位置即为电缆故障点的位置。五、电力电缆故障的预防5.1 定期进行电力电缆试验5.1.1测量绝缘电阻测量1KV以下的电力电缆应采用1000V兆欧表进行测量；测量1KV及以上的电力电缆应采用2500V兆欧表进行测量。对护层有绝缘要求的电缆，应用500V兆欧表测量护层的绝缘电阻和警报系统的绝缘电阻。对于三芯电力电缆，当测量一根芯的绝缘电阻时，应将其余二芯和电缆外皮一起接地。测量运行中的电缆时，为保证安全和测量的准确性，应对电缆进行充分放电后，先拆除被测电缆的一切对外联线，并用清洁干燥的布擦净电缆头方可测量。由于电力电缆的电容很大，操作兆欧表时的摇动速度要均匀。每次测量时，兆欧表保持水平，均匀摇动兆欧表，读数时应读取摇动1分钟以后的数值。测量完毕，应先断开火线再停止摇动，以免电容电流对兆欧表反充电而损坏。测量完毕后对被测电力电缆进行放电，以防止电击事故的发生。为了使测量结果准确，应在缆芯端部绝缘上或套管端部装屏蔽环并接往兆欧表的屏蔽端子，以消除表面泄漏的影响。运行中的电缆，其绝缘电阻应从各次试验数值的变化规律及相同的相互比较来加以综合判断，从中发现绝缘存在的缺陷。如果连续两次测量相差不得超过30% ，如果超出这个值，则应对电力电缆作直流耐压试验。 5.1.2直流耐压试验和泄漏电流的测量因为电力电缆的电容较大，施工及运行单位受设备限制，难以进行工频交流耐压试验。因此，直流耐压试验便成为检查电缆耐电强度的常用方法。泄漏电流的测量可与直流耐压实验时进行。对于运行中的电缆每年至少应试验1次；电缆在修复后应试验1次，此外在重包电缆头时也应进行试验。电力电缆在进行直流耐压试验时，在直流电压的作用下，电缆绝缘中的电压按绝缘电阻分布，当在电缆中有发展性局部缺陷时，则大部分电压将加在与缺陷串联的未损坏部分上，所以从这种意义来说。直流耐压试验比交流耐压试验更容易发现局部缺陷。电力电缆的直流泄漏电流的测量和直流耐压试验在意义上是不相同的。因为在直流耐压试验时对检查绝缘干枯、气泡，机械损伤和制造过程中的包缠缺陷等能比较有效地检查出来，而泄漏电流的测量则对绝缘劣化、受潮等的检查比较有效。之所以这两种试验同时进行，是由于在实际工作中的接线和试验设备等完全相同，试验电压标准为额定电压的2.5倍。试验时，在加压过程中分别取0.25，0.5，0.75倍的试验电压，并在每点停留l分钟读取泄漏电流值；最后在全试验电压下进行耐压，若在试验电压下持续5分钟的耐压试验，仍需读取泄漏电流值，通常在l分钟和5分钟时读数。试验电压的升高速度约为每秒12kV。当电缆连接于其他设备时，应尽可能分开作耐压试验。三芯电缆试验时，在其中的一相上加电压，其他两相应与带铠电缆铠皮一同接地。在测试电缆泄漏电流时，微安表应接在高压侧，并在两端头加以屏蔽或采用消除杂散电流影响的其他接线方式。在测量电压时应在高压侧直接测量，对于试验电压太高时，需要采用倍压装置来满足试验要求。试验时如果对电缆芯线所加的电压极性不同，将会使电缆绝缘击穿的电压数值不同（当正极性接于缆芯时，击穿电压往往比负极性时约高10%），因此在试验时应将负极接于电缆芯。电缆直流耐压试验持续时间一般持续5分钟。对于控制电缆持续时间为l分钟。泄漏电流三相最大不对称系数一般应不大于2，电流的泄漏电流只作为判断绝缘情况时参考，不作决定是否投入运行的标准。5.2加强电缆巡视，防止电缆线路外力破坏电缆线路本身的事故很大一部分是由于外力机械损伤而造成的。巡视人员在巡视中应认真填写巡视记录，了解电缆周围实际情况。5.3选择合适的电缆类型。绝缘电缆的制造技术较成熟，成本低、寿命长、结构简单、制造方便，但绝缘油很容易流淌。交联聚乙烯电缆不允许温升比油纸绝缘电缆的高，其工作允许场强也比油纸绝缘电缆的高，而且其敷设不受高落差限制。相同截面的电缆，交联聚乙烯电缆要比油纸绝缘电缆的允许长期截流量高出一档。5.4施工环境应远离腐蚀。电缆周围环境不良，附近的土壤中含有酸碱溶液，氯化物等化学物质，会使电缆受到腐蚀。5.5加强技术培训，提高施工和运行质量。工程质量的好坏、运行方式的妥当与否，直接关系到电缆线路能否长期安全的运行。应加强对电缆施工、运行人员技术培训，提高他们的技术水平，以提高施工、运行质量。同时制定现场运作规程。六、查找的经验和体会无论在生活还是生产中，电缆故障都具有很大的危害，轻则导致停电停产，重则导致触电造成人员伤亡，甚至还可以引起火灾，后果相当严重。因此，定期对电力电缆进行绝缘试验，及早发现电力电缆的运行隐患并加以消除是保证电力电缆安全运行、防止电缆故障发生的重要措施。6.1在用冲击放电声定点时（包括测距），应注意冲击电压的大小。一般情况下，冲击电压的幅度不应超过电缆正常运行电压的3.5倍，即10KV电缆所加电压不应超过35KV，6KV电缆不应超过21KV。如果故障点还不击穿，可以增加充电电容器的容量（建议在16F之间），总之，要保证故障点完全击穿和有足够大的放电声，以便准确测距和现场精确定位。6.2正确使用故障测距仪定位。先用抵押脉冲法（可结合比较法）测出正常相的电缆全场，跟已知的实际长度比较，校准波速（不一定是给定的理论值）；然后根据是低阻接地还是高阻接地选用低压脉冲法或脉冲电流法定位，若采用脉冲电流法，先选用脉冲电流方式，然后根据电缆长度选择合适的测量范围，再根据校准的波速（没有校准的话，可以考虑选择理论值）设定波速，按下与备件，等待采集点波形，根据波形大小，调节增益使采集到得波形大小适合，然后按下计算键，自动计算故障点距离，可调节比例键使到波形更加清楚，可按动左右键移动虚线到更准确的下降点，得出更准确的距离，还可以结合远端短路法测出更准确的距离，有条件的话，最好在电缆另一端重复这些测试，互相比较得出准确的结果。6.3冲击电压大小对故障测距的影响。行波到达故障点后，故障点击穿有个延时过程，随着电压升高，延时减少，到了一定电压后，延时甚至基本不变，所以，随着冲击电压的身高，击穿放电波形和反射波形之间的时间越短，乘上设定好的波速，测得的故障距离越来越短，电压升高到某个值后，测得的故障距离基本不变，实践证明，这是最准确的数据。6.4校验波速的原因。随着电缆运行时间和运行环境的变化，交联聚乙烯等材料物理特性也会发生变化，也就是相对介电常数和相对磁导率发生了变化，由此波速也会发生变化，另外，不同厂家或同一厂家的不同批电缆的特性也