电力电缆故障测试技术及应用的概述

核心提示：　　随着城市建设的发展，电力电缆在城网供电中所占的比例越来越大，在一些城市的市区己逐步取代架空输电线路随着电缆数量的多及运行时间的延长，电缆的故障也越来越频繁由于电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资

　　随着城市建设的发展，电力电缆在城网供电中所占的比例越来越大，在一些城市的市区己逐步取代架空输电线路随着电缆数量的多及运行时间的延长，电缆的故障也越来越频繁由于电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性等原因，使电缆故障的查找非常困难如何合理地选择故障测试设备，准确、快速地查找电缆故障，缩短故障停电时间，成为电缆运行人员非常关心的问题本文介绍目前国内外电缆故障测试的新技术及本局电缆故障测试的经验1电力电缆故障分类电力电缆故障按性质可分为串联（断线）故障及并联（短路）故障两种，后者按主绝缘外是否有金属护套或屏蔽可分为主绝缘故障（外有金属护套或屏蔽）和外皮（外护套）故障（无金属护套或屏蔽）主绝缘故障根据测试方法不同，按故障点的绝缘电阻Rf大小可分为①金属性短路（低阻）故障不同仪器及方法选择Rf不同，一般Rf<10Z.（Z.为电缆波阻抗）；②高阻故障；③间歇（闪络）故障3者之间没有绝对的界限，主要由现场试验方法区分，与设备的容量及内阻有关2电缆故障测试方法的比较电缆故障的测试步骤均为：①诊断故障，②故障预定位；③故障定点（精定位）各种故障及其相应的测试方法见表1表1电力电缆故障及检测方法故障类型预定位方法精定位方法断线故障鲁低压脉冲反射法▲电桥法声磁同步法低阻故障鲁低压脉冲反射法▲电桥法★音频感应法★声磁同步法，电流方向法二次脉冲法（SIM）▲冲闪法主绝高阻故障★高压电桥法声响法声磁同步法缘故障二次脉冲法（直流耐间歇性故障（闪络）压击穿后用）▲衰减法▲直流闪测法声磁同步法外护套故障高压电桥法▲声磁同步法压降法鲁跨步电压法注：为推荐使用；★为有条件限制；▲为可用方法；为不推荐使用3电力电缆的测试方法1970年以前，通常使用电桥法及低压脉冲反射法测试电力电缆故障，两者对低阻故障很准确，但对高阻故障不适用。其后出现了直流闪测法和冲击闪测法，分别测试间歇故障及高阻故障，两者都均可分为电流和电压闪测法。电压法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险；电流法则相反目前这两种方法是国产高阻故障测试仪的主流方法，基本上解决了电缆高阻故障测试问题但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，仪器误差相对较大1990s，国外发明二次脉冲法，即结合高压发生器冲击闪络技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并记忆在仪器中，电弧熄灭后，复发一测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形（见）可非常容易地判断故障点（击穿点）位置，是目前最先进的基础测试方法基于二次脉冲法设备有奥高电压技术强调起弧与触发脉冲配合，由内部通信装置对冲击电流进行阻尼，同时增加冲击电流的冲击宽度；而Seba则采用稳弧仪，强调延长电弧时间，保证低压脉冲在起弧期间到达Baur公司载精密电缆故障测试预定位系统原理见该设备与国产电流或电压法测试仪相比，具有以下优点：二次脉冲原理图结构紧凑，接线简单，切换容易，安全可靠自动匹配自动判断，并可打印或存盘引入“tm*测试可消除盲区将预先测试脉冲波经过仪器到达引线末端的时间”tm*值输入到系统中。在同一种方法中*tm*为定值，与波速度选择无关。所测波形中tm时刻点即为所测电缆的始端精度高采样频率200MHz，精度达0. 4m对电缆状态及与运行时出故障的自动定位测试将电缆的GIS（地理信息系统）与GPS（全球定位系统）联合应用，实现实时、动态的在线监测及将是未来的发展趋势。目前日本部分重要的电缆线路装有在线监测及故障测试系统，监测系统会测出电缆的故障位置自动发射给卫星系统，用户终端即可知道故障实际位置，实现全自动化管理4配置电缆故障测试设备的几点考虑高性能设备价格高，但服务范围达到一定规模时，故障停电损失远大于仪器价格。

　　为能应付所有可能出现的电缆故障，测试单试仪、预定位设备（含电桥，回波反射仪，配套的高压装置及信号发生器）精定位仪（跨步电压法、声磁同步法、音频定位仪）等。对不知路径的直埋电缆故障，路径测试仪尤为重要，但在实测中受地下平行金属管线干扰，其损差较大Seba公司新产品采用双感应线圈将最大法波最小法的倒转波叠加处理可解决干扰问题高压冲击发生器中的电容器C与电缆测试有关，国外仪器多采用2PF或4PF的电容。但对较长电缆线路、间歇故障绝缘电阻特别大、或低压电缆故障测试时，常得不到波形冲击能量CU2，考虑对主绝缘的不利影响和受到仪器体积限制，U不能过大（不应超过预试电压的5（%~ 70%），只有增大电容量，冲击能量才增大，使故障点起弧时间长，放电彻底，容易得到测试波形，对于低压电缆尤为突出国外仪器有自动延弧装置或加宽冲击脉冲延长起弧时间功能，且触发脉冲配合较好，电容量4 F已足够。国产设备配置应选择较大的电容，但增大电容使仪器笨重，还要改变仪器匹配选用高采样频率的设备以保证高定位精度。

　　对于110kV及以上高压电缆的故障或间歇性故障，应选高电压等级设备，可采用衰减法测试。

　　5电缆故障测试应用的主要经验用Baur及Seba公司电缆故障测试及定位设备测试了近30次绝缘故障，成功率达100%，且均在12h内定出故障点。测试的主要经验是：电缆在验证时必须要求提供完整的电缆资料（长度、路径是否预留、接头位置等）主绝缘故障预定位较易而精定位很难；相反，外护套故障预定位较难而精定位（跨步电压法）却非常准确、容易。在特殊情况下（绝缘及外护套故障共点时）两者可结合使甩低压电缆接头施工时地线连接不规范，测试时应注意电缆地线与接地分开。当电缆一端测不到明显波形时，换另一端或加大燃弧电流后再测，可获得较好波形因所测电缆较长而在预定位测不出波形时，可加大冲击电压或调节触发时延以得到波形。对于间歇性故障，当采用冲击电压不能击穿时，可用常规直流耐压试验击穿。

　　位应配备测试设备，如电理呗J路径测褓喊H.AU h邮下转第1忍页）bookmark1预定位误差包括：a.仪器误差，恒定不变；b.量度误差，影响较大，应注意两端电缆是否有预留圈；c.波速取值不当误差，应由电缆长度计算；d.波形判断误差，取决于仪器性能及测试者经验中间升，￡变I一丁分成器调频电源高电压技术但由于重量大，可移动性差，主要用于试验室变频谐振试验系统不但能满足110kVXLPE电缆的耐压要求，而且具有重量轻、可移动性好的优点，适宜现场试验。

　　通过调研和论证，山东电力研宄院选择了长沙电力试验开发公司研制的变频谐振试验装置，该装置采用固定电抗器作为谐振电抗器，以调频的方式实现谐振，频率的调节范围为30~300Hz符合GIGREWG21.03推荐使用工频及近似工频（30~ 300Hz）的交流电压要求这种交流电压试验可以重现与运行工况下相似的场强，实践证明是行之有效的方法。

　　3现场验收试验实例山东电网用变频谐振试验装置对110kV交联聚乙烯电缆进行了现场交流耐压验收试验。其试品型号为YJLW03；额定电压为64/110kV；导体规格为1爪七<300爪爪2铜导体；电容为0.1391尸/1<；单根电缆的长度为1.495km试验标准：在电缆芯线和金属铠装层之间施加交流电压110kV（=万U0），保持5min由于中间升压变压器输出电压为15kV，无法满足110kV试验电压的要求，需要用串联电抗器进行串联谐振。由于流过串联电抗器的试验电流超过了其额定电流，因此需要加入并联电抗器进行补偿，即组成串一并联谐振回路，试验接线原理图如图中L1为一只串联电抗器，L2为4只电抗器并联，每只电抗器的电感200H，额定电流4A，额定电压267kV通过改变投入并联补偿电抗器的数量，在满足试验设备的电压和电流的前提下，力求试验频率接近工频以下是谐振频率的估算：由于L1的电抗远大于中间升压变压器的电抗，或者说试验电压远远高于中间变压器高压侧的输出电压，因此在估算谐振频率时可以简化，相当于L1和L2与Cx并联，则有串一并联谐振试验接线图试验中的实际谐振频率为55Hz，说明按照上述简化进行谐振频率的估算是比较准确的6根电缆分6次试验，耐压时间5min全部通过4结语直流耐压试验不能模拟高压交联电缆的运行工况，试验效果差，并且有一定的危害性，在现场竣工验收试验不宜采甩交流耐压试验是现场检验交联电缆的敷设和附件安装质量的有效手段变频谐振装置符合IEC和国标的有关要求，通过电抗器串并联的方式可以满足110kV和220kV高压交联电缆现场交流耐压的要求