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時(shí)間：2023-10-19
來源：源于網(wǎng)絡(luò)
電力電纜作為列車傳輸供電中電能的載體，無論是中壓環(huán)網(wǎng)電纜還是直流饋出電纜，其安全性至關(guān)重要。但由于敷設(shè)環(huán)境差（電纜溝、橋架）、前期施工工藝影響（電纜頭和終端頭結(jié)構(gòu)密封不合理；外護(hù)套劃傷等）電纜極易受損或絕緣老化而發(fā)生故障。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，故障率也會(huì)越來越高，而且一旦發(fā)生故障，故障定位相對(duì)困難，修復(fù)難度大、用時(shí)長，造成的損失遠(yuǎn)大于架空線路。
尤其是直流饋出電纜，其絕緣狀態(tài)已成為列車安全供電的重要隱患，如遇直流開關(guān)柜的頻繁跳閘，電壓無法傳遞至終端等情況，除對(duì)線路、設(shè)備的關(guān)注，也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜的檢查和檢測(cè)，而這些也都是被動(dòng)性的，也應(yīng)開始思考如何防患未然，實(shí)現(xiàn)電纜絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，可提前有效的檢測(cè)出電纜絕緣破損、絕緣老化等漸變過程，提早發(fā)出預(yù)警信號(hào)，防止電纜“帶病”運(yùn)行最終導(dǎo)致事故。
電力電纜的故障點(diǎn)查找是電力專業(yè)最常見又最難排除的故障之一，如何運(yùn)用儀器、講方法、憑經(jīng)驗(yàn)的查找到電纜的故障位置，從而快速有效的排除故障，將是值得仔細(xì)研究和大家掌握的。
本文重點(diǎn)從電力電纜故障原因、故障分類、故障查找步驟、常見測(cè)距定位方法4個(gè)方面進(jìn)行介紹， 希望大家熟悉掌握。
一、電力電纜故障原因
電力電纜故障的原因多種多樣，概括起來主要有：
（１）外力破壞造成的電纜損傷
根據(jù)對(duì)電纜故障原因的統(tǒng)計(jì)，機(jī)械施工、掘土、打樁、運(yùn)輸安裝損壞等外力因素引起的電纜故障占電纜總故障類別的比例逐年增大。
（2）產(chǎn)品質(zhì)量問題
如果電纜及電纜附件制造工藝不良， 絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣偏心、內(nèi)外屏蔽間凸起、絕緣內(nèi)部雜質(zhì)、導(dǎo)體或半導(dǎo)電制作不均勻、電纜 金屬外護(hù)套密封不良， 以及存在突起、氣泡或尖刺等都會(huì)在電纜運(yùn)行后產(chǎn)生慢性故障。
（3）敷設(shè)安裝的質(zhì)量問題
電力電纜線路敷設(shè)施工時(shí)受工期、地理?xiàng)l件（包括環(huán)境條件和天氣條件）以及施工機(jī) 具和人員素質(zhì)條件限制，可能出現(xiàn)諸如電纜兩端端部進(jìn)水、電纜外護(hù)套劃傷和電纜彎曲半徑偏小、電纜金屬屏蔽層崩裂或電纜本體機(jī)械應(yīng)力內(nèi)傷等施工失誤， 引發(fā)電纜早期運(yùn)行故障。
二、電力電纜故障分類
電纜故障按照其產(chǎn)生的位置可以分為電纜本體和電纜接頭附件故障兩種。電纜受到外力破壞時(shí)，多發(fā)生本體故障，而非外力破壞時(shí)，往往是接頭故障。
電纜故障按照其故障點(diǎn)短路或接地的方式可以分為單相接地、相間短路、多相接地、全開路故障等幾種類型，其中單純的全開路故障和相間短路故障并不常見，單相接地和多相接地故障或短路故障最為常見。
按故障產(chǎn)生后故障位置的絕緣電阻值可以分為：
（1）高阻故障
絕緣電阻較大，電纜相間或相對(duì)地絕緣損壞，但故障點(diǎn)與接地位置之間的電阻較大。高阻故障使用低壓脈沖法是無法進(jìn)行測(cè)量的， 此類故障包含閃絡(luò)性和泄漏性高阻故障兩種。
（2）低阻故障
是相對(duì)于高阻故障而言的，是指故障點(diǎn)位置線芯與大地間的絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測(cè)量的一類故障。當(dāng)故障點(diǎn)對(duì)地電阻為零時(shí)，電纜相間或相對(duì)地的絕緣完全受損，即為短路故障。
（3）全開路故障
電纜位置斷開，但電纜帶電部分與大地及相間的絕緣電阻滿足規(guī)定的運(yùn)行值，未產(chǎn)生相間或相對(duì)地的放電，但一段的電壓無法傳達(dá)到另一端，造成單側(cè)失壓，或負(fù)荷無法傳達(dá)的開路情況。
三、電力電纜故障查找步驟
根據(jù)專業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)， 電力電纜故障測(cè)試步驟為：
（1）電纜故障性質(zhì)判斷：
根據(jù)電纜故障帶電信號(hào)及保護(hù)動(dòng)作情況、表象進(jìn)行的電纜故障類別的初步判斷。進(jìn)行 初判時(shí)可以使用搖表等，通過搖絕緣的方式來判定故障電纜的故障相位、故障點(diǎn)的電阻情況及損壞程度，從而依據(jù)初判情況來進(jìn)行故障粗測(cè)及定點(diǎn)方法的選擇。
（2）電纜故障預(yù)定位：測(cè)距
在故障性質(zhì)初步判斷的基礎(chǔ)上對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行粗測(cè)， 確定電纜故障點(diǎn)的范圍。選擇正確的預(yù)定位方法，可為精確定位提供詳細(xì)的信息，縮小精確定位的范圍。
電纜故障預(yù)定位的方法根據(jù)不同的故障性質(zhì)，可以分為行波測(cè)距法和阻抗測(cè)距法兩種。
阻抗測(cè)距法即電橋法，在預(yù)定位方法中常被優(yōu)先選用，操作簡(jiǎn)單方便，定位準(zhǔn)確，但一般只適用于低阻故障，對(duì)于高阻故障需要進(jìn)行燒穿；
行波法常用的有低壓脈沖法、二次脈沖法、多次脈沖法、脈沖電壓法和脈沖電流法等，行波法雖不受電纜故障性質(zhì)等因素的影響，但不適合定位復(fù)雜高壓電纜系統(tǒng)和外護(hù)套故障。
（3）電纜故障精確定位：定位
前提是已知電纜敷設(shè)路徑，若不知，應(yīng)先尋跡。
根據(jù)故障測(cè)距的范圍結(jié)果，通過在電纜敷設(shè)路徑上進(jìn)行查找，逐步縮小故障點(diǎn)懷疑范圍，然后在該范圍內(nèi)利用聲磁探測(cè)儀器確定故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。常用的方法有聲測(cè)法、聲磁同步接受定點(diǎn)法、音頻感應(yīng)法和跨步電壓法。
四、常用故障測(cè)距、定位方法
1、低壓脈沖法：測(cè)距
（1）原理：
采用時(shí)域反射（TDR）原理，對(duì)被測(cè)電纜發(fā)射一系列電脈沖，并接收電纜中因阻抗變化引起的反射脈沖，再根據(jù)電波在電纜中的傳播速度和兩次反射波的特征拐點(diǎn)代表的時(shí)間，可測(cè)出故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離為：S=VT/2
（2）方式
低壓脈沖用于測(cè)試電纜中電波傳播的速度、電纜全長、低阻故障（故障相電阻值低于1K）和開路故障及短路故障。
測(cè)量電纜故障時(shí)，電纜可視為一條均勻分布的傳輸線，根據(jù)傳輸線理論，在電纜一端加上脈沖電壓，該脈沖按一定的速度（決定于電纜介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù)）沿線向遠(yuǎn)端傳輸，當(dāng)脈沖遇到故障點(diǎn)（或阻抗不均勻點(diǎn)）就會(huì)產(chǎn)生反射，且閃測(cè)儀記錄下發(fā)送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時(shí)間△T，則可按已知的傳輸速度V來計(jì)算出故障點(diǎn)的距離Lx，Lx＝V•△T/2，如圖8所示：測(cè)全長則可利用終端反射脈沖：L＝V•T/2，同樣已知全長可測(cè)出傳輸速度：V＝2L/T
測(cè)試時(shí)，在電纜故障相上加上低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方，如中間接頭、T型接頭、短路點(diǎn)、斷路點(diǎn)和終端頭等等，在這些點(diǎn)上都會(huì)引起電波的反射，反射脈沖回到電纜測(cè)試端時(shí)被測(cè)試儀接收。測(cè)試儀可以適時(shí)顯示這一變化過程。
根據(jù)電纜的測(cè)試波形我們可以判斷故障的性質(zhì)，當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖同相時(shí)，表示是斷路故障或終端頭開路。當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖反相時(shí)，則是短路接地或低阻故障。
2、高壓沖閃方式：定點(diǎn)
電力電纜的高阻故障（高阻故障：故障點(diǎn)的直流電阻大于該電纜的特性阻抗的故障為高阻故障（電纜相間或?qū)Φ氐慕^緣電阻大于100kΩ），幾乎占全部故障率的90%以上。沖閃方式用于測(cè)試高阻泄漏性故障及高阻閃絡(luò)性故障，大部分電纜高阻故障都可以使用沖閃方式測(cè)試。依據(jù)故障性質(zhì)又分為沖擊高壓閃絡(luò)法（沖閃法）和直流高壓閃絡(luò)法（直閃法）。
（1）粗測(cè)
采用電流取樣法。因電流取樣接線簡(jiǎn)單，安全性高，波形易于識(shí)別，因此推薦使用電流取樣。根據(jù)接線圖連接完畢后，再用速度鍵選擇傳輸速度或重新鍵入速度值。將輸入振幅旋鈕旋至1/3左右（注意：請(qǐng)微調(diào)），然后按采樣鍵，儀器進(jìn)入等待采樣狀態(tài)。
調(diào)整球隙（若放電，放電球隙清脆響亮，操作箱電流大于10A-15A，否則視為未放電，請(qǐng)重新調(diào)整球隙，提高沖閃電壓），輸入振幅旋鈕后，然后通電對(duì)故障電纜升壓，電壓升到一定值，故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)放電，儀器記錄下波形。根據(jù)波形大小可重新調(diào)整輸入振幅，重復(fù)采樣，直到采到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的波形。
注意：調(diào)整球隙一般1mm大約代表3KV，請(qǐng)根據(jù)被測(cè)電纜電壓等級(jí)適當(dāng)調(diào)整。
（2）精確定點(diǎn)
精確定點(diǎn)是測(cè)試電纜故障關(guān)鍵的一步，粗測(cè)完后，按以下實(shí)物圖接線方式，給電纜連續(xù)加沖擊高壓使故障點(diǎn)連續(xù)放電，頻率大概放在3~4秒/次。帶上聲磁數(shù)顯同步定點(diǎn)儀走到粗測(cè)距離的前后10米處仔細(xì)聽故障點(diǎn)的放電聲，聽出聲音最大點(diǎn)下方即為電纜故障點(diǎn)。
在沖擊高壓發(fā)生器對(duì)故障電纜作高壓沖擊時(shí) (沖擊高壓幅度要足夠高，以保證故障點(diǎn)充分擊穿放電)， 將聲音震動(dòng)傳感器探頭放置在電纜路徑 (或故障電纜本體) 上方，撥動(dòng)電源開關(guān)，接通電源，定點(diǎn)儀置“定點(diǎn)”擋。
一方面通過耳機(jī)監(jiān)聽地震波，另一方面觀察距離顯示屏,還可通過磁表頭觀察磁信號(hào)的強(qiáng)弱。
在電纜上方沿路徑不斷移動(dòng)傳感探頭，直至聽到故障點(diǎn)的地震波聲音（此時(shí)表明距故障點(diǎn)不遠(yuǎn)了）。
當(dāng)聽到的地震波聲音足夠強(qiáng)時(shí)，距離顯示屏將顯示故障距離數(shù)。此時(shí)便可將傳感器探頭直接按數(shù)顯距離數(shù)放在相應(yīng)處。在該處前后移動(dòng)探頭，找到數(shù)顯值最小處，此處即為故障精確位置。且此數(shù)顯值也是電纜的當(dāng)?shù)卮笾侣裨O(shè)深度（此時(shí)耳機(jī)中聲音應(yīng)是最大，而且每次聽到的聲音均與數(shù)顯的刷新顯示同步）。
高壓閃絡(luò)測(cè)試注意事項(xiàng)
高壓閃絡(luò)測(cè)試時(shí)，由于工作電壓極高，稍有不慎就會(huì)對(duì)人身及設(shè)備造成損失，因此操作中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①高壓閃絡(luò)測(cè)試時(shí)，高壓試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)由專業(yè)人員操作，儀器接線，調(diào)整時(shí)應(yīng)斷電并徹底放電。
②高壓試驗(yàn)設(shè)備電源與測(cè)試儀工作電源分開使用，測(cè)試儀連線應(yīng)遠(yuǎn)離高壓線。沖閃法時(shí)，電腦應(yīng)斷掉外接電源及鼠標(biāo)。
③高壓尾、操作箱接接地端必須可靠與電纜鎧裝及大地相連，以確保測(cè)試成功及設(shè)備、人身安全。
④從測(cè)試儀安全考慮，閃絡(luò)測(cè)試時(shí)工作菜單一定要選擇在沖閃或直閃狀態(tài)，如果錯(cuò)誤選擇脈沖狀態(tài)進(jìn)行高壓閃絡(luò)測(cè)試，將可能損壞測(cè)試儀內(nèi)部低壓脈沖電路。
⑤測(cè)試前，應(yīng)先對(duì)故障電纜加壓放電，確保各連接線點(diǎn)無放電現(xiàn)象，所加電壓已使故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)放電，然后開始投入儀器測(cè)試。
⑥在有易燃物品的環(huán)境中利用高壓測(cè)試時(shí)，應(yīng)有保護(hù)措施。
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