石化企業(yè)電力電纜故障的快速查找

原創(chuàng)2020-07-10 23:28·電氣技術(shù)

作者主要闡述通過(guò)低壓脈沖法、多次脈沖法對(duì)電纜故障進(jìn)行查找，結(jié)合應(yīng)用DSM-4000電纜故障測(cè)試儀對(duì)幾起電纜故障進(jìn)行查找的實(shí)例，分析總結(jié)電纜故障的快速查找方法。

1 引言

電力電纜在工業(yè)企業(yè)配電中使用廣泛，目前長(zhǎng)嶺煉化生產(chǎn)裝置6KV高壓電纜約有130多公里，大都分布在生產(chǎn)區(qū)的電纜溝、電纜廊道以及直埋于地下。一旦電纜發(fā)生故障，直接影響煉化企業(yè)的連續(xù)性生產(chǎn)，因此如何快速準(zhǔn)確地檢測(cè)到電纜故障點(diǎn)，盡快恢復(fù)供電是擺在我們面前的重要課題。通 過(guò)使用DSM-4000電纜故障測(cè)試儀對(duì)幾起電纜故障的查找，分析總結(jié)了電纜故障的快速查找方法。

2 電纜故障性質(zhì)的分析

電力電纜故障是由于故障點(diǎn)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(luò)性故障兩大類：

2.1 低阻故障和開(kāi)路故障

凡是電纜故障點(diǎn)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(wú)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(kāi)路（斷路）故障。

2.2 高阻故障(包括高阻泄漏故障和閃絡(luò)性故障)

電纜故障點(diǎn)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(yàn)時(shí)，泄漏電流隨試驗(yàn)電壓的增加而增加。在試驗(yàn)電壓升高到額定值時(shí)（有時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到額定值），泄漏電流超過(guò)允許值，稱為高阻泄漏故障。

2.2.2 閃絡(luò)性故障

試驗(yàn)電壓升至某值時(shí)，監(jiān)視泄漏電流的電表指值突然升高，表針且呈閃絡(luò)性擺動(dòng)；電壓稍下降時(shí)，此現(xiàn)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(diǎn)沒(méi)有形成電阻通道，只有放電間隙或閃絡(luò)表面的故障便稱為閃絡(luò)性故障。

3 電纜故障的測(cè)試方法

DSM-4000電纜故障測(cè)試儀器對(duì)電纜故障的測(cè)試有三種方法：低壓脈沖法、多次脈沖法、高壓閃絡(luò)法等。低壓脈沖方式由機(jī)內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓直接測(cè)量。多次脈沖方式是在高壓電壓方式的基礎(chǔ)上,配合多次脈沖處理單元而產(chǎn)生多個(gè)脈沖,利用高壓放電的延弧技術(shù),使故障點(diǎn)的波形更加容易判斷分析。進(jìn)行故障查找時(shí)，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(diǎn)是開(kāi)路還是短路性質(zhì)的故障，并且還可以直接算出故障點(diǎn)距測(cè)試的距離。

工作原理：測(cè)試時(shí)，在故障相上注入低壓發(fā)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(diǎn)、斷路點(diǎn)和終端頭等，在這些點(diǎn)上都會(huì)引起波的反射，反射脈沖回到電纜測(cè)試端時(shí)被試驗(yàn)設(shè)備接收。

故障的性質(zhì)類型，由反射脈沖極性決定。如果我們發(fā)送的測(cè)量脈沖是負(fù)極性的，反射脈沖是負(fù)極性，表示是斷路故障或終端頭開(kāi)路；回波是正脈沖，則是短路接地故障。

脈沖測(cè)距法原理還可由下圖直觀地表示出來(lái)。

3.2 多次次脈沖法

多次脈沖法的基本測(cè)試原理：多次脈沖法是將低壓脈沖巧妙地應(yīng)用在沖擊高壓閃絡(luò)法之中，利用沖擊閃絡(luò)時(shí)故障點(diǎn)被電弧短路的物理特性而獲得發(fā)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(diǎn)被電弧擊穿短路的同時(shí)，能發(fā)送一個(gè)低壓測(cè)試脈沖，即可在短路點(diǎn)得到一個(gè)短路反射的回波。即反射回波的極性與發(fā)射脈沖的極性相反。

當(dāng)故障點(diǎn)短路電弧熄滅后，再發(fā)射一個(gè)低壓測(cè)試脈沖（二次脈沖），可測(cè)得電纜的開(kāi)路全長(zhǎng)波形。前后兩次采集到的波形同時(shí)顯示在一個(gè)屏面上。開(kāi)路全長(zhǎng)波形與發(fā)射脈沖同極性，故障反射波形的極性與發(fā)射脈沖極性相反，且一定在全長(zhǎng)距離以內(nèi)。

兩相對(duì)比，故障波形極好區(qū)別判斷。如果將兩個(gè)波形靠攏疊加，故障點(diǎn)以前的兩個(gè)測(cè)試波形，在規(guī)律上重合得很好，一旦越過(guò)故障點(diǎn)，兩個(gè)波形就產(chǎn)生明顯離散，不再重合。兩條曲線的離散點(diǎn)就是故障點(diǎn)距測(cè)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(jí)、標(biāo)長(zhǎng)等參數(shù)，資料越清楚越有利于電纜故障的測(cè)試。

4.2 對(duì)故障電纜相相間及相地間進(jìn)行絕緣測(cè)試確定阻值，如搖表測(cè)量為零，再用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試故障之前要確定：故障電阻是低阻還是高阻；是閃絡(luò)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(jìn)行故障測(cè)距：用低壓脈沖法進(jìn)行測(cè)量，確定全長(zhǎng)及可能的中間接頭。如為低阻、短路故障可直接測(cè)試出短路點(diǎn)故障距離；如為斷路故障也可直接測(cè)試斷路點(diǎn)距離（此時(shí)故障相全長(zhǎng)就無(wú)法測(cè)出）。

對(duì)于高阻故障，多次脈沖法測(cè)出故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離，確定故障點(diǎn)的大致范圍。

故障距離的測(cè)試最好用兩種以上方法互相進(jìn)行驗(yàn)證。

4.4 如電纜路徑（走向）不完全肯定，必須進(jìn)行電纜路徑的測(cè)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(chǔ)上進(jìn)行故障點(diǎn)的定點(diǎn)。對(duì)電纜施加沖擊高壓（或脈動(dòng)高壓），利用故障點(diǎn)的放電聲波，故障距離范圍內(nèi)，用聲測(cè)法（聲磁同步法）進(jìn)行精確故障點(diǎn)定位。

5 DSM-4000電纜故障測(cè)試儀故障查找實(shí)例

5.1 低阻性故障

5.1.1 故障現(xiàn)象

王垅坡1#進(jìn)線電纜三相對(duì)地?fù)u測(cè)絕緣電阻分別為A相0MΩ、B相3700 MΩ、C相3700 MΩ，用萬(wàn)用表測(cè)得三相對(duì)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(duì)故障相的故障點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距（粗測(cè)，在王龍坡高壓室測(cè)量），儀器接線及參數(shù)設(shè)置如下：

電纜故障測(cè)試儀上參數(shù)設(shè)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(cè)得波形:

上圖中第一個(gè)波的下降沿處為電纜的起點(diǎn),明顯陡峭上升的拐點(diǎn)為終點(diǎn),兩線之間的距離即為故障點(diǎn)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(chǔ)在測(cè)試儀中。

(2) 對(duì)非故障相進(jìn)行測(cè)量（在王龍坡高壓室測(cè)量）

電纜故障測(cè)試儀上參數(shù)設(shè)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(cè)得波形:

上圖中第一個(gè)波的下降沿處為電纜的起點(diǎn),平滑處突降的拐點(diǎn)為終點(diǎn),兩線之間的距離即為電纜全長(zhǎng):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(chǔ)在測(cè)試儀中。

(3) 將故障相波形和非相波形比較，就是將兩次測(cè)得的波形在電纜測(cè)試儀器上同時(shí)顯示，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行確定。

電纜故障測(cè)試儀上參數(shù)設(shè)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(diǎn),兩個(gè)波形明顯的分歧點(diǎn)處為終點(diǎn),兩線之間的距離即為故障點(diǎn)距離:252.2m，即故障點(diǎn)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(duì)電纜路徑進(jìn)行確定：

由于王龍坡1#進(jìn)線電纜敷設(shè)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(chǔ)上再找出故障點(diǎn)。

使用電纜路徑儀器進(jìn)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(hào)線的紅線接在故障電纜的完好相上，信號(hào)線的黑線接地,信號(hào)設(shè)為連續(xù),頻率設(shè)為15MHZ，信號(hào)線紅線在接到路徑儀上電壓50V孔；

②、使用監(jiān)聽(tīng)器將故障電纜路徑找出；

③、根據(jù)電纜路徑，用皮尺測(cè)量故障點(diǎn)位置，在故障點(diǎn)位置前后50米內(nèi)畫(huà)出詳細(xì)的電纜走向。

(5) 對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行確定：

在故障電纜加上一個(gè)幅度足夠高的沖擊電壓，故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)放電的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的“啪、啪”放電聲，這種聲音可傳至地表面。利用這種現(xiàn)象來(lái)定點(diǎn)就可以十分準(zhǔn)確地將故障點(diǎn)尋測(cè)出來(lái)，因此可使用電纜故障定點(diǎn)儀器進(jìn)行精確定點(diǎn)。

①、用閃絡(luò)法對(duì)故障相進(jìn)行加壓放電，接線圖如下：

②、使用定點(diǎn)儀進(jìn)行定點(diǎn)。打開(kāi)“電源開(kāi)關(guān)”，調(diào)節(jié)“聲音指示”表下方的音量“調(diào)節(jié)旋鈕”，使耳機(jī)音量和“聲音指示”表針擺幅較小。然后到電纜測(cè)試儀粗測(cè)的故障點(diǎn)附近探測(cè)。電纜故障點(diǎn)部位放電聲音最強(qiáng)，表針擺幅最大，而且隨著聲波探頭離開(kāi)故障點(diǎn)距離的增大，放電聲音強(qiáng)度迅速衰減，否則就不是電纜故障點(diǎn)。

如果難以確認(rèn)聲音是電纜故障點(diǎn)放電所致，可調(diào)節(jié)“電磁指示”表下方的“觸發(fā)調(diào)節(jié)”旋鈕，使表針略有偏轉(zhuǎn)即可。若發(fā)現(xiàn)“電磁指示”表針擺動(dòng)與“聲音指示”表針擺動(dòng)同步動(dòng)作，則可以斷定聲音就是電纜故障點(diǎn)放電所致。

③、故障點(diǎn)查找結(jié)論：采用定點(diǎn)儀將故障點(diǎn)定位在距離王龍坡高壓室約252米處，即距離王龍坡罐區(qū)門(mén)衛(wèi)附近的農(nóng)民菜地下，將故障點(diǎn)處的泥土挖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)一電纜中間接頭已燒壞。

5.2 對(duì)于高阻故障

5.2.1 故障現(xiàn)象

配影劇院2#變電纜，三相對(duì)地絕緣電阻分別為A相0MΩ、B相0 MΩ、C相0 MΩ，用萬(wàn)用表測(cè)得三相對(duì)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(yīng)采用多次脈沖法進(jìn)行故障測(cè)距；接線如下：

電纜故障測(cè)試儀上參數(shù)設(shè)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(cè)得波形：

上圖中黃色波形為在沖擊電壓作用下，故障點(diǎn)被電弧擊穿短路的同時(shí)發(fā)送的一個(gè)低壓測(cè)試脈沖，即在短路點(diǎn)得到一個(gè)短路反射的回波；紫色波形為當(dāng)故障點(diǎn)短路電弧熄滅后，發(fā)射的一個(gè)低壓測(cè)試脈沖（二次脈沖），測(cè)得是電纜的開(kāi)路全長(zhǎng)波形。

前后兩次采集到的波形同時(shí)顯示在一個(gè)屏面上。開(kāi)路全長(zhǎng)波形與發(fā)射脈沖同極性，故障反射波形的極性與發(fā)射脈沖極性相反，且一定在全長(zhǎng)距離以內(nèi)。將兩個(gè)波形靠攏疊加，故障點(diǎn)以前的兩個(gè)測(cè)試波形，在規(guī)律上重合得很好，一旦越過(guò)故障點(diǎn)，兩個(gè)波形就產(chǎn)生明顯離散，不再重合。兩條曲線的離散點(diǎn)就是故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離。

即：兩疊加波的下降沿處為電纜的起點(diǎn),兩個(gè)波形明顯的分歧點(diǎn)處為終點(diǎn),兩線之間的距離即為故障點(diǎn)距離:226.2m，即故障點(diǎn)在距離二級(jí)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(duì)電纜路徑及故障點(diǎn)進(jìn)行確定，原理如前所述，不再重復(fù)；

⑶ 故障點(diǎn)查找結(jié)論：采用定點(diǎn)儀將故障點(diǎn)定位在距離二級(jí)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(fā)現(xiàn)為電纜中間接頭進(jìn)水導(dǎo)致電纜芯線對(duì)絕緣層放電。

6 電纜故障查找中應(yīng)注意的問(wèn)題

6.1 必須根據(jù)電纜故障的現(xiàn)象先準(zhǔn)確判定為是高阻故障還是低阻故障，否則就無(wú)法確定采用哪種故障測(cè)試方法；

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

6.3 對(duì)電纜路徑的確定必須仔細(xì)認(rèn)真，反復(fù)確定；對(duì)于故障點(diǎn)的定點(diǎn)更要認(rèn)真、慎重，要有多人通過(guò)定點(diǎn)儀反復(fù)確認(rèn)；

6.4 對(duì)于金屬性短路（接地）故障的定點(diǎn)，此類故障距離容易確定，但一般無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)利用聲測(cè)法直接定點(diǎn)。解決的辦法是，利用電焊機(jī)低壓大電流特點(diǎn)，在故障相和地線間施加低壓大電流，點(diǎn)擊幾下便可將故障點(diǎn)由短路燒成開(kāi)路，把短路故障轉(zhuǎn)化成高阻故障，就可以精確定點(diǎn)了。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用低壓脈沖法、多次脈沖法對(duì)電纜故障進(jìn)行查找的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合使用DSM-4000電纜故障測(cè)試儀，歸納總結(jié)了電纜故障的快速查找方法，縮短了故障處理時(shí)間，為石化企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力保證。

本文編自《電氣技術(shù)》，作者為鄧云暉、諶云臨 等。