火电厂电力电缆外护层绝缘损坏的故障定位研究

韩国强

摘 要：随着电力科技的发展，电力电缆外护绝缘层故障定位技术不断更新，在短时间内准确定位故障具体位置，可以有效提升故障处理速度，恢复电力系统的正常运行，对于火电厂的发展产生重要影响。文章概述了电力电缆外护层绝缘损坏的原因，介绍了几种常见的故障定位技术，并对火电厂电力电缆外护层绝缘损坏的故障定位进行了研究。

关键词：火电厂；电力电缆外护层；绝缘损坏；故障定位

前言

电力电缆是否具备良好的绝缘性能，直接决定电力系统能否可以正常工作，进而决定火电厂能否正常运行。如果电力电缆绝缘外护层发生损坏，导致系统不能正常工作，首先要做的就是对故障进行定位，只有准确找到故障位置，后续抢修工作才能顺利开展。

1 电力电缆外护层绝缘损坏的原因

第一是外护绝缘层老化变质，因为电力电缆的工作环境比较特殊，一般都是在电磁作用下长期工作，一些化学反应和机械作用会随着电磁作用产生，绝缘层或是发生物理变化，或是发生化学变化，绝缘性因此下降，为了防止绝缘老化影响电力系统的正常工作，一般都要对电力电缆进行定期绝缘老化测试[1]。

第二是绝缘层过热，系统正常工作时电缆绝缘内部会发生气隙游离，导致绝缘层内部过热，造成绝缘炭化的现象。除此之外，如果电缆长期处于过负荷的状态下工作，或者是电缆所处的位置不通风，或者是电缆与热力管道距离过近等都会导致电缆过热，电缆老化的速度因此加快，引起故障。

第三是机械损伤，就是由外力造成绝缘层破坏，这种原因引起的故障是比较常见的，如果施工过程中没有明确电缆走向，或者说没有刻意去保护电缆，就会对电缆造成机械损伤。另外，电缆在安装时如果没有格外注意就容易留下隐蔽缺陷，尤其是在电缆头的位置，这些缺陷会使损坏加剧，甚至直接导致绝缘击穿。

第四是保护层被腐蚀，电力电缆大部分都是被埋在地下，如果地下土壤过酸、过碱或者是存在杂散电流，绝缘层就会被腐蚀损坏，这种腐蚀是无法完全避免的，在施工时设置专门的电缆沟道可以缓解这一问题，且必须按照规定标准施工[2]。

第五是绝缘受潮，中间接头和终端头如果没有安装好，或者是结构上不密封，就容易出现绝缘受潮的问题，除了电缆质量、安装质量的原因以外，还会受到安装环境的影响。

第六是过电压，过电压造成的绝缘故障有两种情况，第一种是大气过电压，第二种是系统内部过电压，如果户外终端接头发生故障，一般情况下都是由大气过电压引起，如果电缆本身就存在一些缺陷，故障发生的可能性就大大增加了。

第七是设计与制作的工艺问题，工艺的差别会对绝缘寿命造成重要影响，尤其是对于电缆附件来说更是如此，因为附件的制作一般都是在现场。因此，制作过程会受到周围环境的影响，无法与制作车间比拟，从很多事故案例可以看出很多电缆发生绝缘故障的具体位置是电缆终端头或中间接头[3]。

2 常用的绝缘故障定位方法

首先是电桥法，就是利用长度与电阻之间的比例关系来确定故障点，采用双臂电桥的方式测定电缆芯线的电阻值，然后再测量电缆实际长度，最后计算出故障点，这种方法适合于以下两种情况：第一种是电缆芯线之间直接发生短路，第二种是短路点的接触电阻在1欧姆以内，这种方式判断出的故障点比较准确，误差基本不会超过3米，如果故障点接触电阻在1欧姆以上还想使用这种方法定位故障点，就要想办法将电阻降在1欧姆以内，一般情况下都使用高压烧穿法。

其次是测声法，如果绝缘层内有闪络放电的现象具比较适合使用测声法，主要就是根据放电声音查找故障位置。应用这种方法时需要使用直流高压发生器，电容器的电压达到一定值时，球间隙就会放电，发出明显的“滋滋”声，保持外界环境的安静，再利用音频放大装置就可以找到故障具体位置[4]。

最后是多次脉冲法，就是在故障电缆中施加高压脉冲，所施加的高压脉冲要满足一定的电压等级，能量也要符合要求。这样，在高阻故障点就会出现击穿燃弧。与此同时，就会在将低压脉冲加入测试端，该脉冲达到故障点以后会与电弧相遇，发生反射。燃弧的过程中故障性质会发生变化，即从原来的高阻故障转换为短路故障。因此，低压脉冲到达故障点以后会发出现阻抗特征变化，测量者可以通过波形做出判断[5]。

3 电力电缆外护层绝缘损坏的故障定位

3.1 具体步骤

3.1.1 判断故障性质

故障定位的第一步就是确定故障性质，只有故障的性质确定了，才能选择合适的定位方法，如果选择的方法不合适，不仅会耽误故障抢修时间，还会对测试仪器造成较大损伤，具体故障性质有以下三种，其一是开路故障，就是电阻值在规定范围内，但是电压无法正常传到终端，或者是电压可以传到终端，但是不稳定，负载能力较差，这种故障一般有两种情况：一种是中间接头处出现开路，另一种是由于施工不当电缆被挖断；其二是低阻故障，这种故障的典型特征就是绝缘电阻非常小；其三是高阻故障，这种故障的绝缘电阻相对较大，且具有一定的隐蔽性，该种故障有两种类型，一种是泄露型高阻故障，另一种是闪络性高阻故障。根据以上描述的现象确定故障的性质[6]。

3.1.2 故障具体定位

如果故障的性质是开路故障，可以选择两种方法来定位故障点，一种是回波法，另一种是二次脉冲法，定位时会在故障点发生全反射。因此波形在故障点处较为清晰，以此判断出故障点位置。

如果故障的性质是低阻故障，一般都使用电桥法定位故障位置，从理论上来说，发生该种故障以后电缆电阻为零，相当于对地短路，实际测量时电阻也非常小。因此在使用电桥法测量时一定要注意精度问题，电桥的连接线路要尽量短，线路与电缆芯线连接的时候应该采用焊接或者压接的方法，由于测量到的实际电阻非常小，因此计算过程要格外注意，所有小数的位数要全部保留，不允许四舍五入，这样才能保证误差不会太大。另外，也可以将脉冲法和声测法结合起来定位故障位置，前面在介绍技术方法时已经介绍了这两种技术的使用方法，这里就不再赘述，可以通过脉冲法判断大体位置，然后用声测法再做出具体判断[7]。

高阻故障是最常见的故障类型，定位时比其他类型难度要大，如果故障的性质是高阻故障，普通的定位方法无法发挥有效作用，就要先做出烧穿处理，然后采用电桥法定位，电桥中加入了灵敏度较高的检流计，这种方法可以有效避免电源的干扰，将电源与电桥合为一个整体。

3.2 结缘故障定位时的注意事项

从以上故障定位的步骤和方法中我们可以看出，电桥法的应用是非常广泛的，这种方法不仅操作简单，而且定位的精度也比较高，但是在使用这种方法时要注意以下几个问题。

首先是要有效排除定位电流的干扰，因为火电厂的电力电缆一般截面积都较大。因此在定位时需要较大电流才可以使检流计达到平衡，如果在定位附近有其他线路正在运行，产生工频大电流，该电流就会产生磁场感应，对定位过程造成干扰，为了改善这一问题，可以做出如下处理：一边将故障相电缆的线芯接地，另一边将辅助相电缆的线芯接地，也可以直接在两端将其短接，通过这些方式形成反向磁场，直接对抗外界磁场感应的干扰。另外，升压刚刚开始时，如果故障的性质是高电阻故障，那么在击穿点可能出现爬电现象，测试电流因此受到干扰，产生波动。因此要将最大烧穿电流保存几分钟，等到故障点形成电弧以后，电流就会稳定下来，如果时间紧迫，想要在短时间内提升烧穿功率，可以采用定位电桥以及脉冲源同时加压的方法，这样电流就会在更短的时间内达到稳定状态。

其次是调节电桥灵敏度时要格外注意，因为电力电缆外护层的故障电阻大多数都很大，很少会出现直接接地的情况，所以不能直接将检流计的灵敏度调到最高档，而应该从低档逐步向高档调，否则容易导致检流计不平稳，定位也因此不准确，最后灵敏度最好放在第二档或者第三档，而且在调节比例的过程中，每次旋转旋钮时指针的偏转最好不大于5%[8]。

再次是处理辅助线时要格外注意，因为电缆中有金属屏蔽层，受到金属性质的影响，相同长度下该处电阻会相对较小，和接触电阻相近，其会对故障距离的测定产生直接影响。因此在测量距离的过程中要尽量减小接触电阻。在选择连接线时，要尽量选择那些截面积大的，要求在相同长度下连接线的电阻要小于故障电阻的二分之一。为了防止高压电缆的铝套被腐蚀，一般会在电缆表面涂上一层沥青层，在定位过程中要先将这层沥青除掉（一般使用汽油），然后使用锉刀打磨铝套，最后把连接线捆扎起来，注意捆扎的要紧密，这样就能够很好的控制接触电阻。如果电缆的附件已经安装好，要保证接线夹与连接线之间夹紧，同时仍然好控制好接触电阻。

最后，如果一个回路中的三相同时出现故障，就最好不要使用电桥法来定位，因为这种情况没有辅助电缆，最好将所有电缆全部裸露，然后用脉冲定位法找出故障位置。

4 结束语

电力电缆属于输电设备中的一种，是电力系统中的重要组成部分，绝缘层老化、过热、机械损伤以及绝缘受潮等都是外护层绝缘损坏的原因，尽早定位故障的具体位置能够为后续的抢修工作打下基础，对保持电厂的正常运行具有重要意义。

参考文献

[1]秦永生，敖龙强.浅谈火电厂电力电缆外护层绝缘损坏的故障定位[J].科技视界，2015，23：261+273.

[2]王硕.广州蓄能水电厂A厂500kV电缆外护层故障检测及原因分析[J].电网技术，2008，S2：307-310.

[3]王铁明.对电缆故障精确定位方法的探讨[J].电气开关，2009，2：14-15+18.

[4]陈平，薛强，罗彦，等.单芯电力电缆护层过电压保护[J].高电压技术，2004，S1：6-7+11.

[5]吴尚志，刘丽影，刘晨晨.大截面高压电缆过电压保护计算分析[J].吉林电力，2013，41（1）1：14-17+39.

[6]夏永辉.高压电缆外护套故障查测及修复方法[J].电气应用，2012，6：49-52.

[7]夏永辉.高压单芯电缆外护套故障查测及修复方法[J].供用电，2012，2：67-70.

[8]杨景华.高速铁路牵引供电系统单芯电缆运行故障分析[J].铁路技术创新，2011，1：28-30.