6kV电缆接地故障定位及处理

神华鄂尔多斯煤制油分公司 武彦诚

1 前言

我厂第一循环水变电所为35/6kV单母分段运行，检修站为下级6/0.4kV变电间（如图1），电源分别取自第一循环水变电所6kVⅠ、Ⅱ段，馈线电缆长度约为750m，电缆型号为YJV22 3*95，有电缆中间头2处。检修站变电间主要负荷为消防队、仓库、维修中心办公楼、生产指挥中心、旧办公楼，一旦发生单相接地故障将导致检修站变电间单电源运行，影响供电系统正常运行。那么如何快速、准确地查找故障点位置，尽快恢复系统正常运行，避免因停电造成的损失，是供电人员必须解决的首要问题。

图1

2 故障现象

2017年7月29日，16点49分电气值班人员发现第一循环水场变电所6kVⅡ段母线小电流接地选线装置（北京思达星MLX-620）报馈线维修站2#（6214）接地(如图2)，电气人员倒闸操作将维修站6kV变电间运行方式改变为：6T1带0.4kVⅠ、Ⅱ段母线运行，16:54分将馈线维修站2#（6214）停电后，接地故障信息自动消除。

图2

电气人员对故障电缆进行绝缘测量，电阻分别为：

A相对B、C相及地 210MΩ B相对A、C相及地 1.23KΩ C相对A、B相及地 3.89MΩ

3 原因分析

第一循环水变电所馈出至检修站电缆主要为地埋铺设，而地埋电缆故障主要的原因为：

1)施工破坏、机械损伤。地埋电缆故障的发生绝大多数是由土建施工破坏引起，但是其中只有部分故障能直接造成输电保护装置保护动作，并能直观发现故障点，而80%故障不会引起保护动作，时间短的几天，长至几个月破坏部位才发展到铠装铅皮穿孔，潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成故障。

2)中间电缆头制作工艺差。此类隐患导致电缆故障也经常发生，制造缺陷致使屏蔽层未能有效包裹铜带、焊接及接地，运行中产生过电压击穿绝缘层，造成电缆接地故障。或者是电缆头联接采用热缩材料，而烘烤不均或烘烤过度，造成绝缘材料热缩不紧密或热熔过度，从而降低本体绝缘强度。

3)长期过负荷或偏相严重。电缆过负荷及偏相严重，其温度会随之升高，尤其在炎热的夏季，常常导致电缆薄弱处和对接头处首先被击穿。

4)电缆老化。电腐蚀、化学腐蚀。

5)电缆质量差。通过测量绝缘电阻发现B、C相绝缘明显降低，其中B相绝缘已经损坏，而C相绝缘也已经绝缘下降，若不及时发现极易造成两相短路故障。

故障发生前，故障电缆附近曾有过地面施工，但电气人员询问土建施工人员，施工人员确定施工深度并未触及到电缆。结合最近鄂尔多斯地区连续强降雨，电气人员初步判断是电缆中间头进水。

4 故障定位

电缆接地故障定位常用方法。

4.1 声测法

声测法接线图（如图3）所示。通过直流调压器调压使升压器产生高压，对电容充电，当电容电压上升到间隙放电电压时，间隙放电向故障电缆释放冲击电流，电流经过故障点产生声波，利用声音放大器寻找故障点。这种方法十分准确、有效，关键在故障点声音要足够大。故障点声音取决于冲击电流的大小；而冲击电流的大小，取决于电容器C的容量和放电间隙的大小。间隙加大，放电电压增高。

图3

图示说明：K-电源开关，TB-调压器，JQ-交流接触器及接点，LJ-电流继电器及接点，B-升压变压器，D-高压硅堆，C-稳压电容器，R-保护电阻，HA-合闸按钮，TA-跳闸按钮，kV-电压分压器。

4.2 低压脉冲法

低压脉冲法可对低阻、短路故障和断路故障进行预定位。同时。也能识别电缆的中间接头、及终端头。其原理为：脉冲反射仪给电缆发射低压脉冲，该脉冲沿电缆传播直到特性阻抗不匹配点(如断路点、短路点、终端点等)，在这些点上会引起脉冲波的反射，并返回到测试端，由脉冲反射仪接收并给出故障轨迹及算出故障距离。

故障距离Lx是由下面公式计算：

其中，V是波速度(m／μs)，如油浸纸绝缘电缆的波速度为160m/μs，交联聚乙烯电缆的波速度为180m/μs。t为发射脉冲从测试端到故障点。再由故障点返回到测试端的往返时间。由脉冲反射仪测出，单位为微秒(μs)

故障发生后，由于现场并没有以上电缆接地故障测试仪器，而确定电缆接地位置迫在眉睫，因此用武汉华超HCZGF-3直流高压发生器进行直流放电，电缆1#、2#中间头处派人进行查找声音，经过仔细查找并没有发现有放电声。

4.3 直流电桥法

因为直流发生器并没有配备放电间隙和电容，直流放电电流较小，导致放电声音较小，而且也没有声音放大器，所以考虑利用基本的直流电桥法进行故障点距离测量。

采用直流电桥法确定电缆接地位置时，电缆故障必须为低阻故障。而A相电缆绝缘电阻为210MΩ、B相电缆绝缘电阻为1.25KΩ、C相电缆绝缘电阻为3.89MΩ，其中A相电缆绝缘状态良好，B相电缆接近低阻故障，C相电缆为高阻故障，必须将B相电缆绝缘电阻尽量降低，以减少直流电桥法测量误差，而C相电缆故障为高阻故障，现场无有效测量方法，初步怀疑电缆B、C相故障点为一处。

现场采用的是武汉华超YD-5/50干式变压器串联高压硅堆对电缆B相进行直流放电，想通过持续放电将电缆B相绝缘彻底烧穿，试验时高压电流控制在100mA以下，经过数小时持续放电，摇测电缆B相绝缘电阻降为0Ω。

在使用直流电桥法测试前，首先将电缆B相与绝缘完好的A相在负荷侧用螺栓短接，要求接触紧固，接触电阻越小越好，测量接线（如图4）所示，测量装置为武汉华超HCZZ-3直流电阻测试仪。

图4

测量电缆A-B相电阻RAB为0.2609Ω。

更换直流电阻测试仪接线，分别测量电缆A相至故障点电阻及电缆B相至故障点电阻，测量同样在电源侧进行，负荷侧用螺栓短接，测量接线（如图5）所示。

图5

测量电缆A相至故障点电阻RA’为2.151 Ω。

测量电缆B相至故障点电阻RB’为 2.064Ω。

RA’与RB’所测电阻为电缆缆芯电阻与接地电阻Rg之和。

将测量结果带入式一得知：接地电阻Rg为1.97705Ω。

电缆A相与B相长短相等，根据电阻R＝L／S，即电阻R与电缆长度成正比。

可知电缆A相、B相缆芯电阻RA等于RB等于。

电缆B相至故障点缆芯电阻（不包括接地电阻Rg）RB1’为RB’-Rg=0.08695Ω。

经计算得出电缆B相故障点距电源侧499.9M，因为电缆地埋铺设并无地桩确定走向和距离，现场只能初步估计故障点为1#电缆中间头附近，电气人员将电缆中间头锯断后，遥测电缆电源侧至1#中间头绝缘电阻如下：

A相对B、C相及地 215MΩ B相对A、C相及地 0Ω C相对A、B相及地 208MΩ

通过测量绝缘电阻，发现电缆B相故障并没消除，而电缆C相故障消失绝缘正常，判断电缆B相、C相故障点为两处。

对电缆B相故障，现场同样采用直流电桥法测量，将电缆B相与绝缘完好的A相在电缆电源侧用螺栓短接，测量在1#电缆中间头进行（如图6），要求接触紧固，接触电阻越小越好。测量方法、接线如第一次一样，经测量得出：

图6

电缆A-B相电阻RAB为 0.1890Ω。

电缆A相中间头至故障点电阻RA’为0.2819Ω。

电缆B相中间头至故障点电阻RB’为0.1064Ω。

经计算得出电缆B相中间头距故障点17.76米。

经现场测量故障距离，确认故障点为近期土建施工水泥地面，经过动土挖开地面，发现电缆过路面穿塑料保护管，土建工人施工时，虽作业深度并未触及电缆，但施工中大型作业设备的冲击，导致塑料管破裂挤压电缆绝缘，并且持续的强降雨，雨水渗透至受损部位，导致发生电缆接地故障。

而电缆C相故障，经电气人员排查发现2#电缆中间头内进水，导致电缆绝缘受潮，经重新做中间头后，电缆绝缘恢复正常。

5 建议整改措施

1)第一循环水变电所馈出至检修站变电间的双回路电缆，虽然距离并不是很远，但是经过厂区重要路段，车辆经常行驶，路面频繁施工维修，路面下电缆保护管建议使用镀锌钢管，避免机械损伤。

2)通过此次电缆接地故障，发现部分地埋电缆无明显标桩。根据GB 50217－2007《电力工程电缆设计规范》中5.3.2规定“位于城郊或空旷地带，沿电缆路径的直线间隔100m、转弯处或接头部位，应竖立明显的方位标志或标桩。”

3)电缆1、2#中间头电缆井附近为厂区草地，绿化人员经常对草地进行喷水浇灌，电缆井内长期处于潮湿环境中，建议对1、2#中间头进行灌胶处理，提高电缆头受潮能力。

4)电缆接地故障发生较长时间后，电气运行人员才发现小电流选线装置报警，选线装置信号并未传入后台，导致电气人员未能及时发现处理故障，建议将选线装置通讯接至后台。

6 结语

直流电桥法是使用历史最长的电缆测寻方法，在电缆故障测试技术迅速发展、涌现出各种新型测试方法和测试设备的情况下，直流电桥法在测寻电缆低阻接地的故障方面，仍有使用方便、设备简单、精准度较高的优点。但是使用直流电桥法测量电缆故障时，电缆必须有一相绝缘完好，否则不能组成电桥回路，而且电缆故障相与完好相短接一定要紧固，确保测量误差降低。