石化企業電力電纜故障的快速查找

原創2020-07-10 23:28·電氣技術

作者主要闡述通過低壓脈沖法、多次脈沖法對電纜故障進行查找，結合應用DSM-4000電纜故障測試儀對幾起電纜故障進行查找的實例，分析總結電纜故障的快速查找方法。

1 引言

電力電纜在工業企業配電中使用廣泛，目前長嶺煉化生產裝置6KV高壓電纜約有130多公里，大都分布在生產區的電纜溝、電纜廊道以及直埋于地下。一旦電纜發生故障，直接影響煉化企業的連續性生產，因此如何快速準確地檢測到電纜故障點，盡快恢復供電是擺在我們面前的重要課題。通 過使用DSM-4000電纜故障測試儀對幾起電纜故障的查找，分析總結了電纜故障的快速查找方法。

2 電纜故障性質的分析

電力電纜故障是由于故障點的絕緣損壞而引起的。一般故障的類型大體上分為低阻（短路）故障和斷路故障，高阻泄漏故障和閃絡性故障兩大類：

2.1 低阻故障和開路故障

凡是電纜故障點絕緣電阻下降到100歐姆以下，甚至直流電阻為零的故障均稱為低阻故障或短路故障。

凡是電纜絕緣電阻無窮大或雖與正常電纜的絕緣電阻值相同，但電壓卻不能饋至用戶端的故障稱為開路（斷路）故障。

2.2 高阻故障(包括高阻泄漏故障和閃絡性故障)

電纜故障點的直流電阻大于100歐姆以上的故障均稱為高阻故障。

2.2.1 高阻泄漏

在作電纜高壓絕緣試驗時，泄漏電流隨試驗電壓的增加而增加。在試驗電壓升高到額定值時（有時還遠遠達不到額定值），泄漏電流超過允許值，稱為高阻泄漏故障。

2.2.2 閃絡性故障

試驗電壓升至某值時，監視泄漏電流的電表指值突然升高，表針且呈閃絡性擺動；電壓稍下降時，此現象消失，但電纜絕緣仍有極高的阻值，這表明電纜存在有故障。而這種故障點沒有形成電阻通道，只有放電間隙或閃絡表面的故障便稱為閃絡性故障。

3 電纜故障的測試方法

DSM-4000電纜故障測試儀器對電纜故障的測試有三種方法：低壓脈沖法、多次脈沖法、高壓閃絡法等。低壓脈沖方式由機內產生脈沖電壓直接測量。多次脈沖方式是在高壓電壓方式的基礎上,配合多次脈沖處理單元而產生多個脈沖,利用高壓放電的延弧技術,使故障點的波形更加容易判斷分析。進行故障查找時，使用最多的方法是低壓脈沖法和多次脈沖法。

3.1 低壓脈沖法

利用這種方法，可以直觀地從儀器顯示屏中觀察出故障點是開路還是短路性質的故障，并且還可以直接算出故障點距測試的距離。

工作原理：測試時，在故障相上注入低壓發送脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方，比如中間接頭、Ｔ型接頭、短路點、斷路點和終端頭等，在這些點上都會引起波的反射，反射脈沖回到電纜測試端時被試驗設備接收。

故障的性質類型，由反射脈沖極性決定。如果我們發送的測量脈沖是負極性的，反射脈沖是負極性，表示是斷路故障或終端頭開路；回波是正脈沖，則是短路接地故障。

脈沖測距法原理還可由下圖直觀地表示出來。

3.2 多次次脈沖法

多次脈沖法的基本測試原理：多次脈沖法是將低壓脈沖巧妙地應用在沖擊高壓閃絡法之中，利用沖擊閃絡時故障點被電弧短路的物理特性而獲得發射脈沖與反射脈沖極相反的波形。 在沖擊電壓作用下，故障點被電弧擊穿短路的同時，能發送一個低壓測試脈沖，即可在短路點得到一個短路反射的回波。即反射回波的極性與發射脈沖的極性相反。

當故障點短路電弧熄滅后，再發射一個低壓測試脈沖（二次脈沖），可測得電纜的開路全長波形。前后兩次采集到的波形同時顯示在一個屏面上。開路全長波形與發射脈沖同極性，故障反射波形的極性與發射脈沖極性相反，且一定在全長距離以內。

兩相對比，故障波形極好區別判斷。如果將兩個波形靠攏疊加，故障點以前的兩個測試波形，在規律上重合得很好，一旦越過故障點，兩個波形就產生明顯離散，不再重合。兩條曲線的離散點就是故障點距測試端的距離。

4 電纜故障查找的步驟

4.1 首先確定故障電纜類型、電壓等級、標長等參數，資料越清楚越有利于電纜故障的測試。

4.2 對故障電纜相相間及相地間進行絕緣測試確定阻值，如搖表測量為零，再用萬用表進行測量。測試故障之前要確定：故障電阻是低阻還是高阻；是閃絡性還是泄漏型故障；是接地、短路、斷線還是它們的混合；是單相、兩相還是三相故障。

4.3 進行故障測距：用低壓脈沖法進行測量，確定全長及可能的中間接頭。如為低阻、短路故障可直接測試出短路點故障距離；如為斷路故障也可直接測試斷路點距離（此時故障相全長就無法測出）。

對于高阻故障，多次脈沖法測出故障點距測試端的距離，確定故障點的大致范圍。

故障距離的測試最好用兩種以上方法互相進行驗證。

4.4 如電纜路徑（走向）不完全肯定，必須進行電纜路徑的測量，確定電纜路徑（走向）。

4.5 在電纜路徑（走向）完全肯定的基礎上進行故障點的定點。對電纜施加沖擊高壓（或脈動高壓），利用故障點的放電聲波，故障距離范圍內，用聲測法（聲磁同步法）進行精確故障點定位。

5 DSM-4000電纜故障測試儀故障查找實例

5.1 低阻性故障

5.1.1 故障現象

王垅坡1#進線電纜三相對地搖測絕緣電阻分別為A相0MΩ、B相3700 MΩ、C相3700 MΩ，用萬用表測得三相對地絕緣電阻分別為A相18Ω、B相∞、C相∞。

5.1.2 處理步驟

(1) 由此判斷為電纜為單相低阻接地故障，故采用低壓脈沖法對故障相的故障點進行測距（粗測，在王龍坡高壓室測量），儀器接線及參數設置如下：

電纜故障測試儀上參數設置:

①、采樣方式：脈沖；

②、采樣主頻：30Mhz；

③、電波速度：156m/us；

④、濾波方式：1；

⑤、脈沖寬度:0.5us。

測得波形:

上圖中第一個波的下降沿處為電纜的起點,明顯陡峭上升的拐點為終點,兩線之間的距離即為故障點距離:252.2m.其中主貌波形的壓縮倍率：K2=01，全貌波形倍率：K1=020。將本波形存儲在測試儀中。

(2) 對非故障相進行測量（在王龍坡高壓室測量）

電纜故障測試儀上參數設置:

①、采樣方式：脈沖；

②、采樣主頻：30Mhz；

③、電波速度：156m/us；

④、濾波方式：1；

⑤、脈沖寬度:0.5us。

測得波形:

上圖中第一個波的下降沿處為電纜的起點,平滑處突降的拐點為終點,兩線之間的距離即為電纜全長:3073.2m。其中主貌波形的壓縮倍率：K2=04，全貌波形倍率：K1=020。將本波形存儲在測試儀中。

(3) 將故障相波形和非相波形比較，就是將兩次測得的波形在電纜測試儀器上同時顯示，對故障點進行確定。

電纜故障測試儀上參數設置:

①、采樣方式：脈沖；

②、采樣主頻：30Mhz；

③、電波速度：156m/us；

④、濾波方式：1；

⑤、脈沖寬度:0.5us。

得到波形:

上圖中兩疊加波的下降沿處為電纜的起點,兩個波形明顯的分歧點處為終點,兩線之間的距離即為故障點距離:252.2m，即故障點在距離王龍坡高壓室252.2米處；其中主貌波形的壓縮倍率：K2=01，全貌波形倍率：K1=020。

(4) 對電纜路徑進行確定：

由于王龍坡1#進線電纜敷設方式為直埋方式，因此必須先確定電纜（路徑）走向，在電纜路徑確定的基礎上再找出故障點。

使用電纜路徑儀器進行路徑的確定：

①、將故障電纜兩端接地線懸空，將路徑儀信號線的紅線接在故障電纜的完好相上，信號線的黑線接地,信號設為連續,頻率設為15MHZ，信號線紅線在接到路徑儀上電壓50V孔；

②、使用監聽器將故障電纜路徑找出；

③、根據電纜路徑，用皮尺測量故障點位置，在故障點位置前后50米內畫出詳細的電纜走向。

(5) 對電纜故障點進行確定：

在故障電纜加上一個幅度足夠高的沖擊電壓，故障點發生閃絡放電的同時，還會產生相當大的“啪、啪”放電聲，這種聲音可傳至地表面。利用這種現象來定點就可以十分準確地將故障點尋測出來，因此可使用電纜故障定點儀器進行精確定點。

①、用閃絡法對故障相進行加壓放電，接線圖如下：

②、使用定點儀進行定點。打開“電源開關”，調節“聲音指示”表下方的音量“調節旋鈕”，使耳機音量和“聲音指示”表針擺幅較小。然后到電纜測試儀粗測的故障點附近探測。電纜故障點部位放電聲音最強，表針擺幅最大，而且隨著聲波探頭離開故障點距離的增大，放電聲音強度迅速衰減，否則就不是電纜故障點。

如果難以確認聲音是電纜故障點放電所致，可調節“電磁指示”表下方的“觸發調節”旋鈕，使表針略有偏轉即可。若發現“電磁指示”表針擺動與“聲音指示”表針擺動同步動作，則可以斷定聲音就是電纜故障點放電所致。

③、故障點查找結論：采用定點儀將故障點定位在距離王龍坡高壓室約252米處，即距離王龍坡罐區門衛附近的農民菜地下，將故障點處的泥土挖開，發現一電纜中間接頭已燒壞。

5.2 對于高阻故障

5.2.1 故障現象

配影劇院2#變電纜，三相對地絕緣電阻分別為A相0MΩ、B相0 MΩ、C相0 MΩ，用萬用表測得三相對地絕緣電阻分別為A相68KΩ、B相35KΩ、C相103KΩ。

5.2.2 處理步驟

⑴ 由此判斷電纜為三相短路接地故障，且為高阻性故障，應采用多次脈沖法進行故障測距；接線如下：

電纜故障測試儀上參數設置:

①、采樣方式：多次脈沖；

②、采樣頻率：120Mhz；

③、電波速度：160m/us；

④、濾波方式：1；

⑤、脈沖寬度:0.2us。

測得波形：

上圖中黃色波形為在沖擊電壓作用下，故障點被電弧擊穿短路的同時發送的一個低壓測試脈沖，即在短路點得到一個短路反射的回波；紫色波形為當故障點短路電弧熄滅后，發射的一個低壓測試脈沖（二次脈沖），測得是電纜的開路全長波形。

前后兩次采集到的波形同時顯示在一個屏面上。開路全長波形與發射脈沖同極性，故障反射波形的極性與發射脈沖極性相反，且一定在全長距離以內。將兩個波形靠攏疊加，故障點以前的兩個測試波形，在規律上重合得很好，一旦越過故障點，兩個波形就產生明顯離散，不再重合。兩條曲線的離散點就是故障點距測試端的距離。

即：兩疊加波的下降沿處為電纜的起點,兩個波形明顯的分歧點處為終點,兩線之間的距離即為故障點距離:226.2m，即故障點在距離二級泵站高壓室226.2m米處；其中主貌波形的壓縮倍率：K2=01，全貌波形倍率：K1=020。

⑵ 對電纜路徑及故障點進行確定，原理如前所述，不再重復；

⑶ 故障點查找結論：采用定點儀將故障點定位在距離二級泵站高壓室約226米處的電纜溝中，在電纜溝中將故障電纜找到，發現為電纜中間接頭進水導致電纜芯線對絕緣層放電。

6 電纜故障查找中應注意的問題

6.1 必須根據電纜故障的現象先準確判定為是高阻故障還是低阻故障，否則就無法確定采用哪種故障測試方法；

6.2 電纜故障測試儀一次只能測試一個故障點，如果遇到一條電纜存在兩個以上的故障點，就必須先找出一個故障點后將其從電纜中去除，再去查找另一個故障點；

6.3 對電纜路徑的確定必須仔細認真，反復確定；對于故障點的定點更要認真、慎重，要有多人通過定點儀反復確認；

6.4 對于金屬性短路（接地）故障的定點，此類故障距離容易確定，但一般無法在現場利用聲測法直接定點。解決的辦法是，利用電焊機低壓大電流特點，在故障相和地線間施加低壓大電流，點擊幾下便可將故障點由短路燒成開路，把短路故障轉化成高阻故障，就可以精確定點了。

7 結束語

通過使用低壓脈沖法、多次脈沖法對電纜故障進行查找的實際應用，結合使用DSM-4000電纜故障測試儀，歸納總結了電纜故障的快速查找方法，縮短了故障處理時間，為石化企業的安全生產提供了有力保證。

本文編自《電氣技術》，作者為鄧云暉、諶云臨 等。