基于高压电缆接地故障的排除分析

冯小军

摘要：随着高压电力系统中性点改造为小电阻接地系统，系统发生单相接地故障时，对保护的配置要求也随之改变，工程实际运用中，保护装置误动或拒动的情况时有发生。

关键词：高压电缆;接地故障;排除

引言

电力电缆作为电力系统的重要组成部分，它的安全运行具有重要意义。一旦电缆发生故障后，如何在最短时间内快速找出故障点，减少故障损失，减少不必要的人力浪费一直是电缆行业十分重要的研究课题。本文电缆故障原理进行了分析，并结合实际，重点介绍电缆故障的探测原理和一种新型差分电位法的定位方法。

1故障探测原理

电缆故障后首先判断故障类型，通过兆欧表、万用表等测试仪表进行测试，一般分为单项接地、两相短路、三相短路、单项开路、两相开路、三相开路等故障，根据严重程度分为高阻故障和低阻故障。确定故障类型后就应该确定故障范围。当电波沿着电缆传播时，如果电缆的阻抗不均匀，电波将会形成反射。根据反射波的形状和拐点，可判断故障的类型和距离。

2高压电缆接地故障形成原因

首先是外力破坏。外力破坏是电缆运行过程中发生故障的主要原因，具体表现为以下两个方面：一是市政工程建设过程中，施工单位在未经全面勘测和与相关管线单位沟通的基础上盲目施工，大型机械破路开挖，造成电缆外护套损伤或者直接伤及电缆线芯造成故障跳闸。二是电缆浅埋段长期受到车辆、重物冲击，造成电缆土建设施下沉、电缆护套开裂、本体拉伤断裂。其次是敷设质量。敷设施工质量不良也是电缆发生故障的原因之一，具体表现为：①施工单位未按照施工方案和相关规程要求施工。②牵引机械布置间距过大、转弯半径过小等原因，导致牵引力过大，超过规定限值导致电缆护套机械损伤。③长电缆线路，电缆分段不均匀，交叉互联箱接线错误，导致电缆金属护套感应电压超过规程规定，电缆接地电流过大导致电缆发热严重，最终导致电缆故障。

3电缆故障性质分类

（1）开路故障。开路故障是指电缆线芯或金属护套发生开断的故障。开路故障发生的概率极低，一般伴随有电缆的接地故障。（2）低阻（短路）故障。低阻（短路）故障是指芯线对地或线芯之间的绝缘电阻小于几百欧姆的故障，一般小于10倍电缆波阻抗Z0。（3）泄漏性高阻故障。泄漏性高阻故障是指芯线对地或线芯之间的绝缘电阻大于几百欧姆的故障，一般大于10倍电缆波阻抗Z0。

4电缆故障性质诊断与测距

4.1混合线路电缆段故障精确定位

通过监测故障点产生的行波传输到电缆两侧终端行波采集模块的时间差与行波在电缆中传播的速度关系，分析计算故障点距离监测终端的距离位置，从而定位故障点。分别进行两次电缆段中间接头故障模拟试验，逐步升高试验电压直至高压电缆中间接头击穿，记录电缆两侧终端处采集模块监测到的故障工频暂态电流波形，经小波分析。依据故障点精确定位计算公式（1），得到两次电缆段中间接头故障精确定位计算结果分别为15.8m和20.9m，与模拟试验设置的中间接头故障点距离测试端25m的偏差分别为9.2m和4.1m;受模拟试验高压电缆线路长度限制，故障定位计算结果偏差较大，同时，该方法的定位精度主要取决于行波电流传感器采集精度和同步时钟精度。由试验结果可见，基于小波理论的双端故障定位方法可实现高压电缆线路区间内故障的精确定位，定位精度偏差在9.2m之内，对长度达几公里的高压电缆线路而言，该故障定位精度可有效指导现场故障点查找，提升抢修效率。

4.2波形比较法

波形比较法时高压脉冲法的特别应用。此法就是将同种类型的正常电缆和故障电缆的两种波形相比较，从而判断疑难故障。在测试电缆故障之前，首先应对故障类型进行判断，以确定采用哪种测试方法。借助于万用表或兆欧表或其他工具及现场经验，可以对故障类型进行预判。如果故障類型是开路、短路或低阻接地，应使用高压脉冲法进行测量。如果是高阻故障，则应采用高压冲击法。如果故障类型不能确定，则可以使用波形比较法。

4.2.1寻迹定位

电磁感应棒来探测电缆的路由及埋深，差分定位弓及震动探测器对故障点进行定位，适用于各种电力电缆、通讯电缆及具有金属铠甲的光缆。当交流电流在导体中流过时，将会在导体周围产生交变的磁场，并且该磁场的磁力线都是以该导体为同轴的此时如果将一电磁线圈放到该磁场中，线圈的两端产生感应电压。移动感应线圈，当线圈的方向与磁力线方向相同时，线圈两端产生的感应电压将会最大。也就是说，当线圈方向与导体方向垂直时，感应电压最大。根据信号的大小就可以判断电缆的轨迹，的轨迹。

4.2.2差分电位法

差分违法主要是针对地埋电缆故障的查询。方法是在故障电缆的测试点与地之间加上测试电压，电缆的故障点周围就会形成一个磁场。越靠近故障点的磁场越强，离故障点越远的磁场越弱。

4.3参数敏感性分析

分析相关参数改变时r3变化敏感性：土壤电阻率从100Ω·m到1000Ω·m时，r3变化范围为2.7%～3%，说明入地电流r3对土壤电阻率变化不敏感;电缆相间距离从100mm到1000mm时，r3变化范围为2.6%～3.1%，说明入地电流r3对电缆相间距离变化不敏感;金属护层单位长度电阻从0.01Ω/km到0.4Ω/km改变，r3大小范围为0.56%～21.5%，说明入地电流r3对电缆金属护层单位长度电阻很敏感。架空线出线时入地电流分流系数一般在50%～90%之间。与电缆出线对比可见，电缆金属护层的入地电流分流系数远比架空地线时小。对比架空地线分流系数计算公式的计算参数构成，可知是由于高压电缆金属护层阻抗远小于架空地线，导致高压电缆金属护层分流效应更明显：高压电缆金属护层单位长度电阻一般在0.01Ω/km～0.4Ω/km之间，而出线电缆由于电缆截面大，故一般取值较低;架空地线一般为镀锌钢绞线或OPGW，架空地线为镀锌钢绞线时单位长度电阻一般在1Ω/km～7Ω/km之间，OPGW时在2Ω/km左右。

结语

总之，高压输电电缆主绝缘故障的主要原因根据占比由大到小分别是外力破坏、附件质量、敷设质量和本体质量，对电缆运检人员确保电缆安全稳定运行指明了工作重点和方向

参考文献：

[1]刘阳阳.电缆—架空线混合线路故障测距方法研究[D].山东大学，2018.

[2]杨斌，李明贞，周承科.基于泄漏电流的高压电缆线路故障测距方法[J].电测与仪表，2020，57（5）：120-124.

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