基于高压电缆接地故障的排除分析

2021-01-11魏子舒赵昌鹏刘海亮

数字通信世界 2021年10期

魏子舒，杜群，赵昌鹏，刘海亮

（国网长春供电公司电缆运检中心，吉林长春 130000）

1 电缆接地故障的基本概述

电缆是电力系统运行的过程中比较常见的设备之一，其运行会受到各种因素的影响比如铺设电缆过程中的压力以及拉力等，当不良干扰超过负荷极值时，就很容易诱发接地故障，阻碍电网系统常规运转，因此需要对接地故障的原因进行具体的分析，从而可以保证电力资源的平稳供应。

1.1 造成电缆接地故障的原因分析

1.1.1 机械损伤随着我国经济的发展以及技术水平的提升，高压电缆设备的应用十分的广泛，但是在应用的时候会遇到各种因素的影响导致其实际应用的效果大打折扣。在高压电缆的常见性故障之后，最为常见的故障就是电缆设备的机械损伤，仅其一项就可以占到故障总数的半成以上。机械损伤的致病因素较多，首先就是敷设工艺不当，比如电缆架设规划偏差，数值计算错误，导致缆线承受过大拉力，从而产生细微损伤。其次是运行期间损伤，比如鸟兽啃咬、施工干扰等，这些损伤在最初形成的时候不会对设备的运行造成不良的运行，但在日积月累的侵蚀下会逐步扩展，最终形成严重的故障病害。鉴于机械损伤是长期作用形成，在日常维护中应当加强状态监管，以便于及时发现和排除风险隐患。

1.1.2 绝缘受潮

绝缘水平是衡量电缆性能的关键指标，在众多制约因素中，环境对绝缘水平的作用机制最为明显，潮湿条件下的电缆绝缘故障率会显著上升。随着我国国家电网的进一步完善，我国电缆设备在极端条件下施工的情况越来越复杂，地下敷设电缆以及高空架设电缆的情况也越来越多，在一定程度上为雨水及地下水侵蚀创造了条件，同时由于架设工艺限制，终端接头存在薄弱部位，水汽很容易沿缝隙进入内部，侵蚀电缆构造，加剧老化速度。当电缆长期处于超负荷运行状态，绝缘电阻会进一步减小，并间接导致漏电量和热消耗量的增加，形成恶性循环导致内部的危机越来越严重，引发故障危机。在该故障情景中，同样要发挥预防机制的作用，一方面要选取优质、完好的电缆接头，控制电缆头制作时间，避免接头表面污损导致绝缘水平降低，另一方面也要加强状态检修，重点关注薄弱部位，对隐患部位及时进行密闭处理。

1.1.3 绝缘老化

电缆设备运行条件较为恶劣，电能与热能在运转中会共同作用于电缆材质，电压冲击还会导致介质消耗，最终引发物理性能的变化，导致电缆自身的绝缘性能的下降。从电网运行大环境来看，当前生产生活对电力依赖性的增加，是导致绝缘老化加速的关键诱因，这种大规模的用电需求给电缆长期超负荷运行埋下了隐患。负载电流的通过本身会促使导体发热，而集肤效应又会将其汇聚到介质表面，当遇到用电高峰区间或季节时，这种异常升温就会更加显著，电缆发生绝缘老化，甚至被击穿的现象也就应运而生。

1.2 故障性质分类

通过对电缆设备的实际运行情况进行深入的分析可以发现，在高压电力电缆运行的过程中出现的故障问题主要包括三个部分，即高阻故障、低阻故障和开路故障灯。开路故障指的是高压电力电缆内部一芯或者多芯被断开导致电力运输的过程中出现故障，这种故障常见于电力电缆被不法分子盗取和铝芯电缆上，在进行故障检测的时候可以利用冲闪法进行。高阻故障指的是电力电缆一芯或者多芯对地绝缘电阻小于正常值，但是高于几百欧姆的故障问题。高阻故障和开路故障之间最明显的区别就是开路故障的绝缘对地电阻值可以高达千欧，甚至是兆欧。而低阻故障则是电力电缆一芯或者多芯对地绝缘电阻小于几百欧姆的故障。

2 高压电缆接地故障的排除技术

2.1 低压脉冲发射法

低压脉冲发射法是一种无损故障排除法，操作过程不会导致电缆接地异常，对电缆本身性能的影响也是微乎其微。它利用了低压电流脉冲宽度较窄的特性，测试时专业仪器会向目标电缆传送低压脉冲，当发现线路中存在故障点以及接头时，借助反射原理回到仪器接收系统，由于不同部位波形存在差异，反射时间也存在先后顺序，因此可以通过波形测量实现故障点判定。通过对上述的情况进行分析可以发现这种方法在实质上是一种将电缆中的故障发给电缆系统从而提升诊断效率。反射波幅值也是该方式中重要的判别依据，当电脑接收到反馈回的脉冲信号时，正负波形基本都可以证明该处存在故障点，但若该波幅值较小，则说明故障极有可能出现在中心接头，低阻异常是其关键特征。高压电缆接地故障排查实践中，低压脉冲法具有较强的适用性，普及应用范围很广。除故障检测外，该技术还能适应多种应用场景，比如电缆长度测量、接头区分等，波形分析是该技术的精髓所在，应用时要做好故障匹配和对应。

2.2 电桥法

电桥法是针对低阻接地故障开展检测的科学措施，这种措施可以对高压电缆中产生的经常遇到的低阻接地故障进行检测，主要的检测原理就是电桥原理，电桥法的诊断方式的重点在于电缆的外表开展电阻数值的调整，通过电阻的数值的变化来保证电桥的两端处在一个相对均衡的状态，然后进行相应的运算工作。根据计算得到的数值以及以往的规律判断出高压电缆的故障的具体位置。在高压电缆的接地故障类型中，低阻接地故障是比较常见的问题，电桥法解决问题具有应用快捷以及工作效率比较高的优势。

2.3 声波法

声波法指的是将声波作为检测的介质，可以作为高压电缆的接地故障排除的有效措施，通过声波形式分析，不仅可以满足故障点定位需求，还可以实现故障类型的判别。声波法主要借助了高压脉冲的特性，实际操作时需要先将其发射到目标电缆中，当脉冲巡回过程中发现故障点时，会借助声波能量击穿接地点，并爆发短暂声响。现场配有收音设施，通过重复放大和分析，就可以达到故障诊断目标，得出相应位置。在众多接地故障检测手段中，声波法具有明显的精确性优势，有助于加快故障点定位速度，适用范围很广，除高压电缆接地故障外，在闪络型故障排查中也有着较高频率的应用。

2.4 同步法

同步法实际上是对声波及电磁信号的综合运用，在低阻接地故障等故障类型中，应用单一检测方式精准度较难保障，可以尝试用同步法进行识别和验证。这种方法主要运用的设备是发射高压脉冲波仪器，操作时同样需要借助该设备将脉冲发射至电缆，当其遇到故障点时，会迅速反射电磁信号，并且几乎在统一时刻内击穿接地，为声波分析提供素材。除高压脉冲发射仪外，现场还需要配备高频拾音器，这是声波信号收集的关键所在，要根据实际需求提前做好选型工作，进场前对设备外观、外接线进行细致查验，确认无误后再行验收，检测开始前也要按照说明书进行检验以及调试，在确保参数设置最佳的基础上开机作业，以保证设备可以稳定地运行。这种综合检测方案提升了两种技术的结合度，二者互为补充，互为验证，检测结果的精准度更有保障。

2.5 电缆烧穿法

电缆烧穿法在高阻故障中应用较多，实践中专业设备面向目标电缆输送直流负高压，作用于故障位置生成电弧，并使其绝缘介质发生碳化，借助碳化点低电阻的特性，就可以采用常规方式进行故障点定位了。电缆烧穿法对技术要求较高，操作不当很容易造成金属性短路，反而阻碍故障点排查工作，整个烧穿过程耗时较长，对人力物力需求较高，并且，当故障排查完成后，电阻恢复又会形成新的难题，使用步骤较为繁琐，因此一般不推荐，只有当声波法或同步法无法完成击穿目的时，才会考虑这一方式。不过，电缆烧穿法在观测电压泄露等方面还是有特殊作用的，通过对数据变化情况的分析，可以间接掌握高压电缆运行状态，为接地故障预防提供依据和导向。因此在接地故障较为复杂、解决难度较高的场景中，也可以考虑使用电缆烧穿法，从而保证电缆设备的有效的应用，降低高压电缆接地故障发生概率，为电力企业的经济创收奠定良好基础，同时也保障社会效益的实现。