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服務支持
電力電纜故障點測試方法探討
時間：2022-02-21
中試控股技術博士為您解答：應用一定的測試儀器將電纜故障點及時地查出，盡快地將故障排除，以使線路中電氣設備恢復正常工作。
電纜發生故障后一般先用1500V以上搖表或高阻計判別故障類型，再用不同儀器和方法初測故障，用定點法精確確定故障點，故障點的精測方法有感應法和聲測法兩種。
感應法，其原理是當音頻電流經過電纜線芯時，在電纜的周圍有電磁波存在，因些攜帶電磁感應接收器，沿線路行走時，可收聽到電磁波的音響，音頻電流流到故障點時，電流突變，電磁波的音頻發生突變，這種方法對尋找斷線相間低電阻短路故障很方便，但不宜于尋找高電阻短路及單相接地故障。
聲測法，其原理是用高壓脈沖促使故障點放電，產生放電聲，用傳感器在地面上接收這種放電聲，以測出故障點的精確位置。
具體故障類型按以下方法進行測試。
1.1 低電阻接地故障
1.1.1 單相低電阻接地故障
(1)故障點的測試。
電纜的單相低電阻接地故障是指電纜的一根芯線對地的絕緣由阻低于100kΩ， 而芯線連續性良好。此類故障隱蔽性強，我們可以采用回路定點法原理進行測試。接線圖如圖1a所示，將故障芯線與另一完好芯線組成測量回路，用電橋測量，一端用跨接線跨接，另一端接電源、電橋或檢流計，調節電橋電阻使電橋平衡，當電纜芯線材質和截面相同時，可按下列公式計算
若損壞的線芯和良好的芯線在電橋上位置相互調換時，則有
式中 Z——測量端至故障點的距離m；
L——電纜總長度，m；
R1、R2——電橋的電阻臂。
在正常情況下，這兩種接線測量結果應相同，誤差一般為0.1％～0.2％，如果超出此范圍或者X>L/2，可將測量儀表移到線路的另一端測量。
另外，我們還可以采用連續掃描脈沖示波器法(MST—1A型或LGS—1型數字式測試儀)進行測試。短路或接地故障點處反射波將為負反射，示波器熒屏圖如圖1b所示。此時故障點距離可按下列公式計算
式中 X——反射時間μs；
V——波速，m/μs。
(2)測量時注意的事項。
a.跨接線的截面應與電纜芯線截面接近，跨接線應盡量短，并保持良好。
b.測量回路應盡可能繞開分支箱或變、配電所，越短越好。
c.直流電源電壓應不低于1500V。
d.直流電源負極應經電橋接到電纜導體，正極接電纜內護層并接地。
e.操作人員應站在絕緣墊上，并將橋臂電阻、檢流計、分流器等放在絕緣墊上。
1.1.2 兩相短路故障點的測試
當出現兩相短路故障點，測量接線方法如圖2所示。測量時可將任一故障芯線作接地線，另一故障芯線接電橋，計算公式和測量方法與單相低電阻接地故障點相同。
1.1.3 三相短路故障點的測試
當發生三相短路故障時，測量時必須借用其他并行的線路或裝設臨時線路作回路，裝設臨時線路，必須精確測量該線路的電阻，接線方法如同圖2所示。可按下式計算，即
式中R為臨時線的單線電阻值，其余符號的含義與式(2)相同。
1.2 高電阻接地故障點
電纜的高電阻接地故障是指導體與鋁護層或導體與導體之間的絕緣電阻值遠低于正常值，但大于100kΩ，而芯線連續性良好。
1.2.1 用高壓電橋法尋找高阻接地故障
其接線原理如圖3a所示，由于故障點電阻大，必需使用高壓直流電源，以保證通過故障點的電流不致太小。橋臂電阻為100等分的3.5Ω左右的滑線電阻，電橋所加電壓10～200kV，微安表指示為100～20μA，故障點至測量端的距離可按下式測算，即
當調換圖3中故障芯線與完好芯線的位置時則有
式中 X——故障點至測量的距離，m;
L——電纜線路長度，m；
C——滑線電橋讀數。
1.2.2 一次掃描示波器(711型)法
所謂的一次掃描示波器法是采用高壓一次掃描示波器，記錄故障點放電振蕩波形，確定故障點，示波器熒光屏如圖3b所示，故障點的距離可按以下公式計算
式中 V——波速，m/μs；
T——振蕩周期，μs。
1.2.3 測量時應意事項
(1)由于測量是在高壓下進行，必須與地可靠絕緣，操作人員應戴絕緣手套，用絕緣桿操作，并與高壓引線保持一距離。
(2)同一電纜中不測量芯線也必須可靠接地，以防感應產生危險高壓。
(3)測量時應逐漸加壓，若發現電流表指針晃動或閃絡性故障，要立即停止測量，以免燒毀儀表。
(4)當用正接法測量完畢而需要更換接線時，必須降低電壓，切斷電源，只有將回路中殘余電荷放盡，才能調換接線進行反接法測量。
1.3 完全斷線故障點
所謂完全斷線故障是指各相絕緣良好，一相或者多相導線不連續。此時，同樣可采用二種方法進行測試。
1.3.1 電橋法(電容電橋，QF1—A型電橋)
其接線如圖4a所示，在線路二端測量故障的電容與標準電容器之比，確定故障點的距離，可按下列公式計算
式中CE、CF分別為故障相在E、F端時所測的電容。
1.3.2 連續掃描示波器法(MST—1A或LGS—1型)
采用示波器法，發射脈沖，在斷線故障點處，反射波為正反射。示波器熒屏圖如圖4b所示，故障點的距離按下列公式計算
式中 V——波速，m/μs；
T——反射時間，μs。
1.4 不完全斷線故障點
不完全斷線點分高電阻斷線(導體電阻大于1kΩ)和低電阻斷線(導體電阻小于1kΩ)兩種情況。它表現出各相絕緣良好，一相或多相導線不完全連續。此時我們對高電阻斷線可采用交流電橋法測量，其接線原理圖如圖5所示。在線路兩端測量故障相的電容與標準電容器之比，其距離按下列公式計算
式中CE、CF分別為故障相在E、F端所測量的電容。
而對低電阻斷線，先用低壓電流使其燒斷，然后再按完全線故障測試。
1.5 其他
除以上幾種情況外，還會發生一些故障，如：(1)完全斷線并接地故障，此故障表現為一端各相絕緣良好，另一端接地，我們可以采用完全斷線故障點測試法。(2)不完全斷線并接地故障，此類故障表現為各相絕緣良好，一相或多相導線不完全連續，經電阻接地，可采用交流電橋法按高阻斷線故障測試。(3)閃絡性故障，所謂閃絡性故障表現各相絕緣電阻良好，而且導線連續性亦好，故障點已經封閉。此時可采用高電阻接地故障中的一次掃描示波器(711型)法，或者燒穿后用其他方法進行測試。
2 結束語
電纜線路萬一發生故障后，應立即進行修理，以免因外界原因擴大損壞范圍，要加強責任心，對工作極端負責任，將盡可能避免一些常見故障發生。為確保電纜線路的安全運行，預防很重要，要做好電纜運行的技術管理，加強巡視和監護，嚴格控制電纜和負荷電流及溫度，嚴格執行工藝規程，確保檢修質量，使電纜線路得以充分地利用。
電纜是將一根或多根導線絞合而成的線芯，裹以相應絕緣層后，外面包上密閉包皮(鋁、鉛或塑料等)。在電力系統中常用的電纜有電力電纜和控制電纜兩大類，其中電力電纜是用來輸送和分配大功率電能的。按絕緣材料的不同，可以分為油浸紙絕緣電力電纜、橡皮絕緣電力電纜和聚氯乙烯絕緣電纜，在工程上應用廣泛的是油浸紙絕緣電力電纜，由于電纜在制作中，以及鋪設線路、環境溫度、施工原則等，國家都有明文規定，在此不再贅述，本文主要對電力電纜易發生故障的可能點及如何進行測試的幾種方法，介紹給大家。
電纜發生故障后一般先用1500V以上搖表或高阻計判別故障類型，再用不同儀器和方法初測故障，用定點法精確確定故障點，故障點的精測方法有感應法和聲測法兩種。
感應法，其原理是當音頻電流經過電纜線芯時，在電纜的周圍有電磁波存在，因些攜帶電磁感應接收器，沿線路行走時，可收聽到電磁波的音響，音頻電流流到故障點時，電流突變，電磁波的音頻發生突變，這種方法對尋找斷線相間低電阻短路故障很方便，但不宜于尋找高電阻短路及單相接地故障。
聲測法，其原理是用高壓脈沖促使故障點放電，產生放電聲，用傳感器在地面上接收這種放電聲，以測出故障點的精確位置。
具體故障類型按以下方法進行測試。
1.1 低電阻接地故障
1.1.1 單相低電阻接地故障
(1)故障點的測試。
電纜的單相低電阻接地故障是指電纜的一根芯線對地的絕緣由阻低于100kΩ， 而芯線連續性良好。此類故障隱蔽性強，我們可以采用回路定點法原理進行測試。接線圖如圖1a所示，將故障芯線與另一完好芯線組成測量回路，用電橋測量，一端用跨接線跨接，另一端接電源、電橋或檢流計，調節電橋電阻使電橋平衡，當電纜芯線材質和截面相同時，可按下列公式計算
若損壞的線芯和良好的芯線在電橋上位置相互調換時，則有
式中 Z——測量端至故障點的距離m；
L——電纜總長度，m；
R1、R2——電橋的電阻臂。
在正常情況下，這兩種接線測量結果應相同，誤差一般為0.1％～0.2％，如果超出此范圍或者X>L/2，可將測量儀表移到線路的另一端測量。
另外，我們還可以采用連續掃描脈沖示波器法(MST—1A型或LGS—1型數字式測試儀)進行測試。短路或接地故障點處反射波將為負反射，示波器熒屏圖如圖1b所示。此時故障點距離可按下列公式計算
式中 X——反射時間μs；
V——波速，m/μs。
(2)測量時注意的事項。
a.跨接線的截面應與電纜芯線截面接近，跨接線應盡量短，并保持良好。
b.測量回路應盡可能繞開分支箱或變、配電所，越短越好。
c.直流電源電壓應不低于1500V。
d.直流電源負極應經電橋接到電纜導體，正極接電纜內護層并接地。
e.操作人員應站在絕緣墊上，并將橋臂電阻、檢流計、分流器等放在絕緣墊上。
1.1.2 兩相短路故障點的測試
當出現兩相短路故障點，測量接線方法如圖2所示。測量時可將任一故障芯線作接地線，另一故障芯線接電橋，計算公式和測量方法與單相低電阻接地故障點相同。
1.1.3 三相短路故障點的測試
當發生三相短路故障時，測量時必須借用其他并行的線路或裝設臨時線路作回路，裝設臨時線路，必須精確測量該線路的電阻，接線方法如同圖2所示。可按下式計算，即
式中R為臨時線的單線電阻值，其余符號的含義與式(2)相同。
1.2 高電阻接地故障點
電纜的高電阻接地故障是指導體與鋁護層或導體與導體之間的絕緣電阻值遠低于正常值，但大于100kΩ，而芯線連續性良好。
1.2.1 用高壓電橋法尋找高阻接地故障
其接線原理如圖3a所示，由于故障點電阻大，必需使用高壓直流電源，以保證通過故障點的電流不致太小。橋臂電阻為100等分的3.5Ω左右的滑線電阻，電橋所加電壓10～200kV，微安表指示為100～20μA，故障點至測量端的距離可按下式測算，即
當調換圖3中故障芯線與完好芯線的位置時則有
式中 X——故障點至測量的距離，m;
L——電纜線路長度，m；
C——滑線電橋讀數。
1.2.2 一次掃描示波器(711型)法
所謂的一次掃描示波器法是采用高壓一次掃描示波器，記錄故障點放電振蕩波形，確定故障點，示波器熒光屏如圖3b所示，故障點的距離可按以下公式計算
式中 V——波速，m/μs；
T——振蕩周期，μs。
1.2.3 測量時應意事項
(1)由于測量是在高壓下進行，必須與地可靠絕緣，操作人員應戴絕緣手套，用絕緣桿操作，并與高壓引線保持一距離。
(2)同一電纜中不測量芯線也必須可靠接地，以防感應產生危險高壓。
(3)測量時應逐漸加壓，若發現電流表指針晃動或閃絡性故障，要立即停止測量，以免燒毀儀表。
(4)當用正接法測量完畢而需要更換接線時，必須降低電壓，切斷電源，只有將回路中殘余電荷放盡，才能調換接線進行反接法測量。
1.3 完全斷線故障點
所謂完全斷線故障是指各相絕緣良好，一相或者多相導線不連續。此時，同樣可采用二種方法進行測試。
1.3.1 電橋法(電容電橋，QF1—A型電橋)
其接線如圖4a所示，在線路二端測量故障的電容與標準電容器之比，確定故障點的距離，可按下列公式計算
式中CE、CF分別為故障相在E、F端時所測的電容。
1.3.2 連續掃描示波器法(MST—1A或LGS—1型)
采用示波器法，發射脈沖，在斷線故障點處，反射波為正反射。示波器熒屏圖如圖4b所示，故障點的距離按下列公式計算
式中 V——波速，m/μs；
T——反射時間，μs。
1.4 不完全斷線故障點
不完全斷線點分高電阻斷線(導體電阻大于1kΩ)和低電阻斷線(導體電阻小于1kΩ)兩種情況。它表現出各相絕緣良好，一相或多相導線不完全連續。此時我們對高電阻斷線可采用交流電橋法測量，其接線原理圖如圖5所示。在線路兩端測量故障相的電容與標準電容器之比，其距離按下列公式計算
式中CE、CF分別為故障相在E、F端所測量的電容。
而對低電阻斷線，先用低壓電流使其燒斷，然后再按完全線故障測試。
1.5 其他
除以上幾種情況外，還會發生一些故障，如：(1)完全斷線并接地故障，此故障表現為一端各相絕緣良好，另一端接地，我們可以采用完全斷線故障點測試法。(2)不完全斷線并接地故障，此類故障表現為各相絕緣良好，一相或多相導線不完全連續，經電阻接地，可采用交流電橋法按高阻斷線故障測試。(3)閃絡性故障，所謂閃絡性故障表現各相絕緣電阻良好，而且導線連續性亦好，故障點已經封閉。此時可采用高電阻接地故障中的一次掃描示波器(711型)法，或者燒穿后用其他方法進行測試。
2 結束語
電纜線路萬一發生故障后，應立即進行修理，以免因外界原因擴大損壞范圍，要加強責任心，對工作極端負責任，將盡可能避免一些常見故障發生。為確保電纜線路的安全運行，預防很重要，要做好電纜運行的技術管理，加強巡視和監護，嚴格控制電纜和負荷電流及溫度，嚴格執行工藝規程，確保檢修質量，使電纜線路得以充分地利用。
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