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1、1 评审论文电力电缆故障原因分析及检测方法初探姓名：彭雨单位：自动化公司二零一一年五月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 19 页 -2 评审论文电力电缆故障原因分析及检测方法初探彭雨自动化公司摘要：电力电缆作为电力系统的重要设备，它的安全运行具有重要意义。一旦发生故障它直接影响着机组的安全稳定运行，同时也可能引发火灾事故，扩大事故范围，导致全厂停电。尤其是在多雨、潮湿的季节，电缆最容易受潮，从而导致电缆故障的发生。通过对攀钢下属各单位的电缆故障查找及相关资料的查阅：总结出能够快速、准确、方便地查找电缆接地故障和短相故障的方法。快速排除电缆故障，将会给予机组安全、稳定
2、运行以强有力的支援关键词：电力电缆故障原因分析探测方法闪络1 概述由于电缆线路与架空线路相比有很多优点。因此，在35KV 以下的电力系统中，得到广泛应用。但由于电缆线路成本高，寻找与处理故障困难等原因也受到一定的限制。在电缆的安装与运行，由于机械损伤，接头与终端头的缺陷，绝缘受潮、老化以及铅皮腐蚀等名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 19 页 -3 原因而造成故障。本文主要针对电力电缆的常见故障，从结构设计，人为因素，运行环境等方面进行分析，并提出快速、准确、方便地判断和查找故障的方法。2形成电缆故障的原因分析致使电缆发生故障的原因是多方面的，现将常见的几种主要原因归
3、纳如下：2.1 机械损伤导致电缆故障很多故障是由于电缆安装时不小心造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。有时如果损伤轻微，在几个月甚至几年后损伤部位的破坏才发展到铠甲铅皮穿孔，潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成电缆接地、相间短路等故障。2.2 化学腐蚀导致电缆故障电缆路径在有酸碱作业的地区通过，或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠甲和铅包大面积长距离被腐蚀。2.3 地面下沉导致电缆故障此现象往往发生在电缆穿越公路、铁路及高大建筑时，由于地面的下沉而使电缆垂直受力形变。导致电缆铠甲、铅包破裂甚至折断而造成电缆接地、相同短路和断相等类型的故障。2.4 长期过负荷运行导致电缆故
4、障由于过负荷运行，电缆的温度会随之升高，尤其在炎热的夏季，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 19 页 -4 电缆的温升常常导致电缆薄弱处和对接头处首先被击穿。在夏季和秋季，此类电缆的故障率较高。2.5 环境潮湿导致电缆故障由于电缆长期的在潮湿的环境中运行导致电缆绝缘层受潮，电缆绝缘性能降低，电缆绝缘层长期受电化腐蚀的作用引发电缆接地或相间短路。特别是有中间接头的电缆长期在潮湿的环境中运行很容易使水蒸气进人接头内部，引发电缆接地或相间短路。2.6 电缆接头工艺不当导致的电缆故障在潮湿的气候条件下作电缆接头，使接头封装内混人水蒸气而耐不住试验电压往往形成闪络性故障。或者
5、，在制作电缆中间接头时，由于压接工艺不当或压接质量不高，导致接头在运行中发热，使电缆绝缘逐渐老化引起电缆接地、相间短路或断相等故障。或者，在制作电缆中间接头时，由于接头封装物填充工艺不当，使接头不能良好密封，电缆受潮引发电缆接地或相间短路。2.7 电缆制造质量差导致的电缆故障综上所述，导致电缆故障的原因很多，但概况起来主要有三种：即恶劣运行环境所致、施工和检修工艺质量差所致和电缆本身质量差所致。不管哪种原因所致，在运行中总是在所难免的。因此，快速准确判断电缆故障，及时处理缺陷，恢复正常运行，也是我们探讨和研究的对象。3电力电缆故障性质的确定电缆故障的探测方法取决于故障的性质，因此探测工作的第一
6、步名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 19 页 -5 就是要判明故障的性质。电缆的故障种类很多，有单一的接地故障、短路故障或断线故障，也有混合性的接地且短路和断线又接地的故障。各种故障按其故障处过度电阻的大小，均可分为高阻故障和低阻故障。一般情况下电缆故障分为以下五种类型。3.1 接地故障对地电阻较高，需要进行烧穿或用高压电桥进行测量的故障，称为高阻接地故障。电缆一芯或数芯接地故障，又可分为低阻接地故障和高阻接地故障。一般将电缆接地处对地电阻较低（10100K以下）能直接用低压电桥进行测量的故障，称为低阻接地故障.3.2 短路故障电缆两芯或三芯短路，或两芯或三芯短路且
7、接地。3.3 断路故障电缆一芯或数芯被故障电缆烧断或受机械外力拉断，形成完全断线或不完全断线的故障。3.4 闪络性故障这种故障多出现在电缆中间接头和终端接头内，运行中发生，预防性试验中也可能发生，试验时绝缘被击穿，形成间歇性放电，当所加电压达到某一定值时，发生击穿；有时在特殊条件下，绝缘击穿后又恢复正常，即使提高试验电压，也不再击穿。以上两种现象均属于闪络性故障。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 19 页 -6 3.5 混合性故障同时具有上述两种或两种以上故障的称为混合性故障。判断电缆故障性质，一般多采用1000V 或 2500V 绝缘电阻及万用表进行测量，判断方法
8、如下:（1）首先在任意一端用绝缘电阻表测量电缆各芯对地绝缘电阻值，判断是否有接地故障。（2）测量各芯间的绝缘电阻，判断有无相间短路故障（3）如测得绝缘电阻为0，可用万用表测量各相对地或各相间的电阻，判断是低阻故障还是高阻故障。（4）因为运行中有可能发生断线故障，所以还应作电缆导通性的检查：在一端将A、B、C 三相短路但不接地，在另一端用万用表测量各相间是否完全通路，相间电阻是否完全一致。相间电阻不一致时，应用电桥测量各相间电阻，检查有无低阻断线故障。表 1 是煤化工厂 N42 变电所炼焦 1#变压器电缆故障性质探测的试验结果。根据表中试验结果可判断出该电缆故障性质是AB 两相短路并接地。表一绝
9、缘电阻测定和导通试验结果绝缘电阻测定值（）导线试验()芯线间各相与地间将末端 A、B、C 短路但不接地，始端测量。AB BC 0 AE BE 0 0 AB 0 BC 0 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 19 页 -7 CA CE CA 0 4测量故障点的位置电缆故障的性质确定后，要根据不同的故障，选择适当的方法测出电缆故障点的位置，这就是故障测距，由于仪表精度及电缆敷设路径测量的误差影响，往往测距只能判断出故障点可能的地段，找到可能的地段后还应采取其他检测手段精确确定故障点的位置，这就是故障定位。常见的测距方法有电桥法、脉冲法、闪络法等，定位方法有声测法及音频电流
10、感应法等。以下将简要介绍电桥法、闪络法二种测距方法以及用声测法、音频法进行的定位方法。4.1 电桥法对于三相电力电缆的绝缘故障，可以借助于单臂电桥来寻测故障点，测量方法如下。（1）单项接地和两项接地短路故障点的测量。单项接地故障点测量原理接线如图1 所示。测量前在电缆的另一端（图1 中的 B 端）用不小于电缆芯截面的导线将故障相电缆的缆芯和绝缘良好的一相电缆芯跨接，在 A 端将故障相电缆接在X1 端子上，将已经接跨接线的良好相电缆接在X2 端子上，上述接线的等值电路如图2 所示。图中以 X2 经过良好相跨接线到故障点的电阻为R1，从 X1 到电缆故障点的电阻为 R2，Re 为故障点的接地电阻。
11、当电缆的长度为L，截面为 S，导体的电阻系数为p 时:R1=p1(2L-Lx)/S1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 19 页 -8 R2=p2*Lx/S2 图 1 测量单相接地故障点原理接线图L-电缆全长；LX-从 X1 到电缆故障点长度；Re-故障点接地电阻；GB-蓄电池（直流电源）；R3、R4-桥臂电阻。根据电桥的原理，当调节电阻R4 和 R3，使电桥达到平衡，即检流计指示平衡时，则R3/R4=R1/R2 即R3/R4=P1(2L-Lx)/S1/(P2*Lx/S2)当电缆全长采用同一种导体材料和同一导体线截面时，则 p1=p2,S1=S2,得R3/R4=（2
12、L-Lx）/Lx Lx=R4/(R4+R3)*2L(式 1)式 1 即为计算机故障点位置的公式。图 1 所示的 X1 接故障相，X2 接良好的接线，一般称为正接发。反之，如将X2 接故障相，X1 接良好相，则称为反接法。同理，反名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 19 页 -9 接法计算公式为Lx=R3/(R3+R4)*2L（式 2）图 2 图 1 的等值电路图一般情况下，测量时用正，反接法进行两次测量，取平均值为电缆故障点的位置；有时为了测量准确，还分别在电缆的两端各进行一次正、反接法的测量，取四次测量结果的平均值来确定电缆固故障点的位置。测量三相电力电缆中两相短路
13、故障点，基本上和测量单相接地故障点一样。其实验接线如图3 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 19 页 -10 图 3 测量两相短路故障点原理接线图与测量单相接地故障点不同之处是利用两短路相中的一相作为单相接地故障测量中的地线，以接通电桥的电源回路。如为单独的短路故障，电桥可不接地；当故障为短路且接地故障时，则应将电桥接地。测量方法和计算方法完全与单相接地故障相同。（2）三相短路故障点的测量三相低阻短路接地故障点测量接线如图4 所示。这时没有良好的电缆芯可以利用，所以图中增设了一对临时线。临时线一般可用较细的导线。当正接法电桥平衡时，故障点的距离为Lx=R4/(
14、R3+R4+R)*L（式 3）反接法时Lx=R3/(R4+R3+R)*L（式 4）式中R-概临时线的电阻，。图 4 测量电缆三相短路接地故障点的接线图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 19 页 -11 三相短路或接地故障的测量方法及步骤与单相接地故障完全相同，不同之处在于计算故障点距离时应考虑临时线的电阻，按式3，式 4 计算。（3）高阻接地故障点的测量。电缆故障测寻时，若故障相对地电阻达到10K以上，即使电源电压采用 220V 一般的检流计灵敏度也不一定能满足要求，此时需要高压电源。电源电压高低应视检流计的灵敏度而定。测量时电桥和检流计均处于高电位，必须用专门的
15、绝缘台并需要用绝缘工具来调节电桥，对试验人员极为不便。现场遇到高阻接地故障时，大多采用高压整流电源或大容量交流电源，将故障点进一步击穿，使故障点由高阻转化为低阻，然后按低阻故障测寻法测距。将高阻烧成低阻并不容易。如果烧穿电流大小，则不能达到扩大炭化通道，使电阻下降的目的；烧穿电流太大，又可能使炭化通道温度过高而遭到破坏，电阻反而增高。根据现场经验，一般多采用高压烧穿法，其接线与直流耐压试验相同。用高压直流烧穿法，仅供给流经故障点的有功电流，从而大大减小试验设备的体积，适于现场应用。烧穿开始时，在高压下保持几毫安至几十毫安电流，使故障电阻逐渐下降。此后，随电流的增加逐渐降低电压，使在几百伏下保持
16、几安电流。在整个烧穿过程中电流应力求平稳，缓缓增大。高压直流烧穿法负载电流较平常直流耐压及泄露电流试验的电流大，要注意选用足够容量的试验设备。如选用 220V/50KV、5KVA 的名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 19 页 -12 试验变压器，则高压侧的烧穿电流应控制在0.1A 左右。如选用高压二级管，可选用 2DL100/1 型或 2DL100/0.5 型的（反峰电压 100kv、额定电流 1A 或 0.5A）。限流水电阻不便使用。采用高压直流进行烧穿时，应将操作回路的过流保护调整至满足要求。为避免给下一步用声测法定位造成困难，故障点对地电阻不应降得太低，1K
17、左右即可。电阻太低时故障点的声能也随之下降。4.2 闪络法对于高阻故障及闪络性故障，一般均须将故障点电阻烧低后方可测量故障点，既费时又费力。采用闪络法测量电缆高阻故障点及闪络性故障点却不经过烧穿过程，可以用电缆故障闪络测试仪直接测量。因而缩短了电缆故障点的测量时间。闪络法测量法的基本原理与低压脉冲法相似，也是利用低压脉冲波在故障点产生反射的原理。测量时，在电缆上加上一直流高压或冲击高压，使故障点放电而形成一突跳电压波，此突跳电压波在电缆内从测试端到故障点之间来回反射。用闪络测试仪测出两次反射波之间的时间，用下式可以计算出故障点的位置Lx=tc/2式中Lx-故障点距测量端的距离，m;tc-脉冲波
18、从测量端到故障点来回传播一次的时间，s;-脉冲波在电缆中传播速度，m/s。波速 可以测量而得。图 7 示出了直流高压闪络法的测量接线。故障点距离测试端有一名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 19 页 -13 定的距离如 800 米时。故障波形如图8 所示，该图示出了直流高压闪络法实测波形的全貌。图 7 直流高压闪络法测量接线图C-隔直电容，不小于0.1 F；R1-分压电阻（水电阻）15-40K；R2-分压电阻，200-500 图 8 直流高压闪络法的实测故障波形为了更准确的观测故障波形，也可在示波器上测取图8 所示波形中 t1-t2 一段，既第一次与第二次反射之间的
19、波形，如图9 所示。故障点离测量端很近时的故障波形如图10 所示。故障点靠近测量端时故障波形特点是往返反射线密集，幅度较小，衰减很快。常用的闪络法测量仪器游SDCA-4 型电缆故障闪络测试仪等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 19 页 -14 图 9 直流高压闪络法典型实测波形（故障点距测量端800m）（a）（b）图 10 故障点在测量端时的故障波形（a）故障点距测量端21m（b）故障点在测量端及附近4.3 声测法对于长电缆，按上述方法（电桥法，闪络法）确定的故障点的位置一般总带有一定的误差。为了更确定的测出故障点，减少开挖处理电缆的工作量，多采用声测法进行定位
20、。声测法是目前电缆故障测试中应用最为广泛而又最简单的一种方法，除不使用与接地电阻特别低（小于 50）的情况外，对其余情况很少发生误判断。声测法的测量接线如图11 所示。利用直流高压试验设备使电容器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 19 页 -15 充电、储能，当电压达到某一数值时，经过放电间隙向故障相电缆芯放电，由于故障点具有一定的故障电阻，在电容器放电过程中，此故障电阻相当于一个放电间隙，在放电时将产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。根据粗测时所确定的故障点大致位置，在地表面用声波器接收（拾音器）探头反复探测，找到地表面振动最大、声音最大处即为电缆故障
21、点的位置。图 7 声测法原理接线图C-储能电容；F-放电间隙；R-限流电阻放电时能量的大小决定于图11 中电容 C 的大小。电容器所能量W=1/2CU 2，式中 U 为所加试验电压，在635KW 电缆的声测试验中，U 一般为 2025KV，因此电容 C 越大，放电时的能量越大，定点时听到的声音也越大。C 一般选为 10 F，具体数值应根据试验设备的容量来确定，即根据试验变压器、调压器、硅堆容量而定。放电电压的大小，由放电间隙来控制。一般在试验时，将放电间隙调至一定位置，放电电压控制在2025KV 之间，每隔34s 放名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 19 页 -1
22、6 电一次即可。目前常用的 SDCT-3/4 定点仪，由探头（拾音器）、音频放大器和耳机组成。探头采用内外两层隔离罩，其中填以泡沫塑料，用来防止电磁干扰。采用陶瓷压电晶片作为电元件，将机械能变为电能，用同轴电缆将此信号送入音频放大器进行放大，再用耳机听测。当放电能量足够大时，简单的振膜式听棒就可直接听音，而不受电磁干扰，比较准确。这种听棒实际上就是一根金属管，一头接触地面，另一头制成喇叭形，上覆铁皮薄膜以供测听。测听时应仔细辨别声音大小，最响点才是故障点。在用声测法测定故障点时，要注意以下几点:特别注意地线的连接。由于冲击放电的大电流流过主接地网引起的电压瞬时升高，可能危及与电网相连的其它设备
23、，因此接地时要做到：电容器的接地线应直接和电缆的铅包地线连接，不应接公用接地极。试验变压器高压绕组的接地端不直接和电容地线连接，应接公式接地极。试验变压器和调压器外壳可不接地。对于断线故障，最好将电缆一端接地，利用对击穿后声音较响来声测。外界声音干扰大的场所，可选在夜深人静时进行。判断和闪络故障常发生在中间接头，因此，在用脉冲法确定大致地段后，可用声测法定点，并着重检查中间接头。若电缆头或电缆的连接外壳与接地线接触不良，户内电缆头处电缆与接地支架接触不良，声测时这些处所以有声音，应注意与真正故名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 19 页 -17 障点声音相区别，防止
24、误判。听测时不仅要注意放电响声，还应注意电缆表面是否有振动，便于精确确定故障点位置。4.4 音频法音频法主要针对电缆接地电阻特别低（小于50）的情况，接线如图 12 所示。此方法是测出电缆接地点大致距离后，将电缆A.B 两端及接地线悬空，在A 端对故障相及电缆地线间加入音频信号；根据粗测时所确定的故障点大致位置，用拾音器测听电缆，当测试超过故障点时，音频信号衰减很快；音频信号衰减很快处即为电缆接地故障点。当电缆为相同低阻短路时，将音频发声器接在故障两相间，测量方法与单项的相同。图 12 音频单相电缆接地测量接线图5实际应用轨梁厂 N33 变电所 2#受电电缆 A 相，在进行直流耐压时击穿。由于
25、 2#受电电缆比较长，利用一般的方法进行故障点查寻时，所得结果误差较大，但利用冲闪法进行电缆故障的粗测。而后，利名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 19 页 -18 用音频法进行电缆故障的精确定点，仅仅用了五个小时就找出了故障点。其探测过程如下，2#受电电缆 A 相在进行直流耐压试验过程中击穿以后就马上进行了绝缘电阻的测试，测得该故障相绝缘电阻为 2M，属于高阻接地型故障。如果不在短期内投入运行，将严重影响段上设备的运行，近而影响除尘系统。为了更稳妥，更可靠的找出电缆故障点，我们利用了进行电缆故障探测所用的电阻电桥法进行测试。但用电阻电桥法进行探测的一个前提条件就是
26、电缆故障必须是低阻接地型故障，所以，我们对故障点采用了“烧穿”法，使高阻接地故障变为低阻接地故障。但由于现在的电缆绝缘物一般为多种组分混合以后的聚合物，“烧穿”后，其绝缘物一小部分会炭化，大部分会熔化为糊状液体，过不了多长时间，熔化了的绝缘物会固化，其绝缘哟会恢复性升高。导致探测工作进度缓慢。最后决定使用已有理论基础且具备探测条件的上面所述的探测法进行2#受电电缆 B 相故障点的定位工作。利用电感冲闪法进行电缆的粗测，故障点为距离配电室940 米处。实际故障点为距离配电室940.3 米处。经分析及勘测后认为，原因为电缆受潮，绝缘进水所致。利用该方法在短时间内成功的进行了轨梁厂 10KV 变电所
27、 17B 电缆 A 相；冷轧厂 1#酸洗变电所 3B 电缆 B相故障点的定位工作。今年 3 月炼钢厂连铸水处理保安变电缆A 相在做直流耐压试验时，当电压升至 7.5KV 时发生击穿。利用上述电缆接地故障探测方法进行了故障点的定位工作，仅仅用了两个小时就在距配电室36 米名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 19 页 -19 处找到了故障点的准确位置。我们还利用上面所介绍的电缆断线故障测试方法成功地为冶材公司2#活性石灰变压器排除了一起电缆断线故障。其具体过程如下：今年2 月份，冶材公司 2#活性石灰变压器由于电缆故障导致机器无法正常运行，生产活动被迫中断。要求我们为其
28、查找电缆故障。当我们到达以后，马上进行了电缆故障性质的确定工作。通过进行电缆的绝缘测试和综合评估后，判断此次电缆故障为一起电缆的断线故障。于是马上利用所介绍的电缆断线故障测试方法进行了电缆故障点的定位工作。测试数据显示，此电缆故障的故障点位于距测试电缆头32 米处。实地检查后发现此电缆故障点位于距测试测电缆头31.96 米处，测试误差相当小，测试所用时间总总计还不到两个小时。高效地为生产单位解决了燃眉之急，将经济损失减少到最小。6结束语在电缆故障测寻时，借助现代化的仪器和设备，便可准确迅速地确定故障点的精确位置，为故障的迅速处理，尽快恢复送电赢得宝贵的时间。但是如果测寻不得法，则可能导致设备的损坏和故障的扩大，给生产单位带来不必要的损失，给测寻工作增添麻烦。测寻中应注意的问题是:1、用冲击放电声定点时应特别注意电缆的耐压等级。一般情况下，冲击电压的幅度不应超过正常运行电压的3.5 倍，即 10KV电缆所加电压不应超过35KV，6KV 电缆应不超过 21KV。2、精确定点是电缆故障寻测的主要矛盾，定点顺利是可在名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 19 页 -