浅谈10KV集电线路故障分析与检查

文 李俊沅　国华（陆丰）风电有限公司
　　摘　要：集电线路作为电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响电力系统的安全运行。因此，如何快速、准确地查找故障，减少故障修复费用及停电损失，成为电力工程领域与研究领域日益关注的问题。本文分析了集电线路电缆故障出现的原因，探讨了集电线路电缆的故障测距与定点方法，并对如何组织人员进行快速查找处理进行了讨论。
　　1. 引言
　　集电线路作为电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响电力系统的安全运行，并且如故障发现不及时，则可能导致火灾、设备严重损坏等较大的事故后果。而在设备运行的过程中，为了保证电场集电线路有条不紊的运行，对于集电线路故障的查找我们必须做到迅速、及时、准确，下面我们将以10KV 集电线路为例，探讨如何分析集电线路电缆故障出现的原因，对症下药，并得出行之有效的检测方法，确保故障出现的准确情况，最后该如何组织人员有条理的有秩序的进行故障的查找处理。
　　2. 集电线路电缆故障的原因分析
　　致使集电线路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纳如下：
　　2.1 制造缺陷
　　2.1.1 材料选用问题。多是采用塑料、橡胶等材质作为绝缘材料，且所选用的绝缘材料的维护管理不善，造成电缆绝缘受潮、脏污和老化。　
　　2.1.2 制作工艺不良。在包缠绝缘过程中，纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷。
　　2.1.3 电缆附件制造上的缺陷。如铸铁件有砂眼，瓷件的机械强度不够，其它零件不符合规格或组装时不密封等。
　　2.2 操作不当
　　2.2.1 运输不当。电缆在运输过程中由于车辆受到震动、冲击或其他外界因素影响，导致电缆绝缘损坏。
　　2.2.2 安装不当。在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲而损伤电缆，或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤。
　　2.3 运行不当
　　2.3.1 电缆长期处于过负荷状态。2.3.2 电缆过于密集、所处的环境通风不良处或热力管道接近。以上运行管理不当致使电缆过热，绝缘老化变质，逐渐炭化，影响电缆寿命。
　　2.4 外界因素影响
　　2.4.1 化学腐蚀。电缆路径在有酸碱作业的地区通过，造成电缆铠装和铅（铝）护套大面积长距离被腐蚀。
　　2.4.2 绝缘受潮。由于密封不严进水、电缆制造不良、金属护套受外力或腐蚀破损，使电缆绝缘受潮引起故障。
　　2.4.3 过电压。大气与内部过电压作用，使电缆绝缘击穿，形成故障，击穿点一般是存在缺陷。
　　2.4.4 人为因素。电缆附近有人施工造成电缆断裂引起故障。　
　　3. 集电线路电缆故障探测的步骤
　　电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个步骤。
　　3.1 故障诊断
　　就是用万用表、兆欧表测量电缆的故障电阻，并根据故障电阻的大小，判断电缆的故障性质；了解故障性质、故障原因、敷设环境、运行情况等。主要有测试准备与故障性质诊断两个阶段组成。
　　3.2 故障测距
　　故障测距又叫粗测，在电缆的一端使用仪器确定故障距离。
　　3.3 故障定点
　　故障定点又叫精测，即按照故障测距结果，根据电缆的路径走向，找出故障点的大体方位来，在一个很小的范围内，利用放电声测法或其它方法确定故障点的准确位置。主要有路径探测与故障精确定位两个阶段组成。
　　4. 集电线路电缆绝缘故障的测距方法
　　4.1 电缆故障性质的诊断
　　所谓诊断电缆故障的性质，就是指确定：故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。
　　可以根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。例如，运行中的电缆发生故障时，若只是给了接地信号，则有可能是单相接地的故障。继电保护过流继电器动作，出现跳闸现象，则此时可能发生了电缆两相或三相短路或接地故障，或者是发生了短路与接地混合故障。发生这些故障时，短路或接地电流烧断电缆将形成断线故障。但通过上述判断不能完全将故障的性质确定下来，还必须测量绝缘电阻和进行“导通试验”。
　　测量绝缘电阻时， 使用兆欧表(1 千伏以下的电缆， 用1000 伏的兆欧表；1 千伏以上的电缆， 用2500 伏的兆欧表) 来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻；进行“导通试验”时，将电缆的末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量芯线之间的电阻。
　　4.2 常用的电缆故障测距检测方法
　　根据不同性质的故障，电缆故障的测距采用不同的方法。目前主要有电桥法和根据行波原理发展的低压脉冲反射法、脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲法。电桥法测试电缆受条件限制较多，对于高阻故障无法进行测试。随着新技术的不断进步，现在现场上电桥法用得越来越少。
　　4.2.1 低压脉冲反射法。通过计量发射脉冲和故障点反射脉冲之间的时间差△ t 来测取故障距离。若设脉冲电波在电缆中的传播速度为v，则电缆故障距离L 可由下式计算：L=V·Δt/2。低压脉冲反射法适于测定电缆的低阻和开路故障，也可用于校对电缆的全长和显示电缆中间接头的位置，还可用于测定电缆的波传播速度，测量准确率较高，应用较广。
　　4.2.2 脉冲电压法。又称闪测法，是20 世纪70 年代发展起来的用于测量高阻与闪络性故障的方法。该方法首先将电缆故障点在直流高压（直闪法）或冲击高压（冲闪法）信号下击穿，然后记录下放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间，再根据电波在电缆中的传播速度，就可算出故障点的距离。该方法测试速度快，波形清晰易判。但其接线复杂，分压过大时对人和仪器有危险。
　　4.2.3 脉冲电流法。这是20 世纪80 年代初发展起来的一种测试方法，以安全、可靠、接线简单等优点显示了强大的生命力。它与脉冲电压法大致相同，区别只在于：脉冲电流法是通过一线性电流藕合器来测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲信号。脉冲电流法也包括直闪法和冲闪法两种类型。直闪法用于测量闪络性高阻故障；而冲闪法主要用于测量泄漏性高阻故障，也可测量闪络性高阻故障。直闪法测量线路中包括：电流耦合器、调压器、高压试验变压器、整流硅堆、储能电容。测量时，调整仪器从0 开始给电缆加直流电压，当电压升到一定值时，故障点闪络放电，线性电流耦合器输出第一个电流脉冲。放电脉冲到达故障点后又被反射，折回到仪器端。这一过程不断进行，直到放电过程结束，则故障点到测量端的距离可由此计算出来。冲闪法测量线路中则有一球间隙，用以改变加到电缆上的冲击电压高低和放电间隔时间。测量时从0 调节T，当电压增加到某一值时，球间隙G 击穿，使电容对电缆芯线放电。当电压信号幅值大于故障点临界击穿电压，则高压信号沿电缆行进到故障点一定的时间后，故障点电离，击穿放电。闪测仪将记录到相应的波形，则故障点到测量端的距离可由此计算出，△ t 表示相邻两个同极性脉冲（第一个脉冲除外，因为故障点击穿有延时）的时间差。
　　4.2.4 二次脉冲法。20 世纪90年代，国外发明二次脉冲法。它先用高压脉冲将故障点击穿，在故障点起弧后熄弧前，由测试仪器向电缆耦合注入一低压脉冲。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，测量仪器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可非常容易地判断故障点（击穿点）位置。二次脉冲法使得电缆高阻故障的测试变得十分简单，是目前电力电缆故障离线测试最先进的基础测试方法。
　　4.2.5 低压脉冲反射法的应用。
　　4.2.5.1 工作原理
　　L=V·Δt/2（V 是电缆的波速度）低压脉冲测试原理的测试公式L=V·△ t/2 中的V 就是电磁波在电缆中传播的速度，我们简称为波速度；理论分析表明波速度与电缆的绝缘介质有关，与电缆芯线的线径及芯线的材料无关，也就是说不管线径是多少线芯是铜芯的还是铝芯的，只要电缆的绝缘介质一样，波速度就一样。现在大部分电缆都是交联聚乙烯或油浸纸电缆，它们的参考数椐是：交联聚乙烯电缆的波速是170-172m/µs、油浸纸电缆的波速为160 m/µs。
　　纵然电缆的绝缘介质相同，不同厂家的、不同批次的电缆波速度也不完全相同，如果知道电缆全长，根据V=2·L △ t，就可以推算出电缆的波速度。
　　4.2.5.2 低压脉冲方式测试故障距离时的操作步骤
　　4.2.5.2.1 根据全长校正波速度
　　4.2.5.2.2 低压脉冲法测量开路距离
　　4.2.5.2.3 低压脉冲法测量短路距离
　　4.2.5.2.4 用低压脉冲法比较法测量电缆B、C 相对地的故障距离
　　4.3 常用的电缆故障定点方法
　　4.3.1 声测定点法。声测定点法是电缆故障的主要定点方法，主要用于测量高阻与闪性故障，测量时使用高压设备使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到“啪、啪”的声音，利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点，缺点是受外界干扰较大。
　　4.3.2 声磁法。在向电缆施加冲击高压信号使故障点放电时，会在电缆的外皮与大地形成的回路中感应出环流来，这一环流在电缆周围产生脉冲磁场，在监听到声音信号的同时，接受到脉冲磁场信号，即可判断该声音是由故障点放电产生的，故障点就在附近。
　　4.3.3 音频感应法。音频感应法一般用于探测故障电阻小于10Ω 的低阻故障，探测时，用1 kHz 的音频信号发生器向待测电缆通音频电流，发出电磁波；然后在地面上用探头沿被测电缆路径接收电磁场信号，并将之送入放大器进行放大，将放大后的信号送人耳机或指示仪表，根据耳机中声响的强弱或指示仪表的指示值大小而定出故障点的位置，当探头从故障点前移l~2 m 时，音频信号中断，则音频信号最强处为故障点。
　　5. 故障检查与处理
　　5.1电缆故障测试前的准备工作
　　5.1.1 测试设备准备。要把测试用的各种仪器仪表带全，检查是否拥有足够的电力；把电工工具带全；提前把变电站或接线箱上的钥匙带好；同时带上电源线和可能用到的接地线等。
　　5.1.2 人员准备。抢修人员要齐整，分工明确，服从指挥。
　　5.1.3 安全保证。到现场后把电缆两端孤立起来使电缆各相之间和对其他地方留有足够的距离；测试时两端要留人看守以确保安全。
　　5.1.4 了解电缆情况。全长、绝缘性质、接头、耐压等级、路径与何处施过工等。
　　5.2 故障的查找事故发生后，工作负责人应对事故情况进行分析，不盲目地进行查找，如对事故发生地点进行预测。
　　5.2.1 根据继电保护动作情况预测。电流速断保护动作跳闸：电流速断保护的保护范围，一般为系统最大运行方式下发生短路时，保护范围最大， 占线路全长的50 ％左右。而当线路处于最小运行方式时，保护范围最小，占线路全长的15％～ 20％。
　　因此，电流速断保护装置动作跳闸，则说明故障点一般位于线路前段( 靠近变电站侧)。5.2.2 根据线路路径情况预测。
　　线路路径在树木区的，在夏秋季节有风天气，该线路发生跳闸事故时，首先应该考虑是由树木引起的，重点对森林、树木区线路进行检查。
　　线路路径在建设区的，在良好天气情况下，首先要考虑是施工外力造成的，检查时应特别注意施工区的情况。
　　5.2.3 根据线路的绝缘水平预测。全电缆线路绝缘最薄弱的地方是终端头、中间接头处。所以全电缆线路发生跳闸故障，首先检查终端头、中间接头是否被击穿。
　　掌握了以上情况再去处理事故，有计划有方向的进行排除故障，就会大大提高工作效率。
　　5.3 故障查找的组织措施
　　5.3.1 检查人员的合理安排。检查人员应分两组分别进行，一组为测试组，利用集电线路电缆绝缘故障的测距方法进行故障点的查找，测试人员至少两人以上；一组为检查组，巡视电缆路径情况是否存在异常现象，而检查组人员的多少则应根据线路的长短、路径及事故发生时的天气、时间等确定。线路短，线路路径交通方便的可以少些；线路长，线路路径复杂的就要多安排一些人员。故障发生在良好天气、白天的可少一些人员；故障发生时天气不好、发生在夜晚时应多安排一些人员。
　　5.3.2 应制定应急预案，开展事故演习。平时要制定好应急预案，经常开展事故演习，有针对性对班组员工进行事故点预测、查找技巧、处理方法进行训练。每次处理完事故后，要做好总结、积累经验，从而提高员工的作战能力和协同作战能力，这样在事故发生时，就一定能够发挥每个员工的作用，事故查找的速度会越来越快。
　　6.结束语
　　综上所述，在集电线路的故障查找问题上我们需要按步就班，不能草率从事，应认真、冷静的分析故障的类型和性质，正确应用查找方法和仪器，多积累故障查找经验。迅速、准确地确定集电线路的故障点， 不仅能提高电力可靠性， 还可以减少故障修复费用及停电损失。