三阻值法快速测量电缆金属性接地点距离

吴小梦

(华能海南发电股份有限公司，海南 海口 570311)

0 引言

在发电厂里，直流系统和6 kV厂用电系统分别属于不接地系统和小接地电流系统，当这些系统的电缆出现接地故障时，均需要及时地找到接地点并消除接地现象，恢复电缆对地绝缘，以保证直流和厂用电系统的安全运行。由于电厂里各种电缆密集，电缆的敷设环境复杂，如果发生接地故障的电缆比较长，那么接地点的查找将是一个非常困难的工作。一般需要用电缆接地故障查找仪对接地点进行测距，再根据测距位置进行查找。若无电缆故障查找仪，就只能分段沿线路查找，查找起来非常困难。这里针对电缆金属性接地的情况，介绍一个简单快速测量出电缆接地距离的方法，以便定位接地点，快速消除电缆接地故障。

1 测算电缆接地距离的原理和方法

测算电缆接地距离的原理简单说就是先测出电缆一端至接地故障点的直流电阻值R1，然后根据电缆的截面积及电阻率，利用公式(1)即可计算出电缆一端到接地点的长度。

式中：L——电缆长度，m；S——电缆截面积，mm2；ρ——电缆电阻率，Ω·mm2/m。

原理虽简单，可电阻R1是无法直接测量的，因此只能通过间接的方法得出。如果电缆是高阻接地，那电阻R1是难于测出的，但如果是金属性接地，特别是完全金属性接地，则完全有可能测出电缆一端至接地故障点的直流电阻R1，从而计算出接地点的距离。

这里介绍三阻值法，通过测量三个电阻值来间接计算R1。测量设备只需要一个精确的直流电阻测试仪就可以了，比如双臂电桥等。具体步骤为：将接地故障电缆两端的电缆接线均拆出，找出接地电缆芯A及与其截面相同的另一条电缆芯B，要求B对地的绝缘是合格的；在电缆一端将电缆芯A，B的线鼻连接一起并接触良好，在电缆的另一端用直流电阻测试仪测量以下三个电阻值：

(1) 电缆芯A与地之间的电阻值RAN。

(2) 电缆芯B与地之间的电阻值RBN。

(3) 电缆芯A与B之间的电阻值RAB。

采用以下公式(2)即可计算出电缆测量端到接地点的电阻R1：

根据电缆导线的材质查出其电阻率，如铜缆为0.017 5 Ω·mm2/m。将计算得的电阻值R1与电阻率以及电缆截面积代入公式(1)中，即可求出电缆接地部分长度。

由于电缆是金属性接地，所测的电阻值均比较小，因此要求直流电阻测试仪要有足够的精度，保证所测阻值的准确度。

2 电路模型及公式推导

2.1 电缆等效电路绘制

绘出电缆接地后各相线拆开并将负载端的A，B线头短接后的示意，如图1所示(g为电缆接地故障点)。

图1 电缆等效电路

将各部分导线用电阻代替后的电路模型如图2所示。

对于电源端的阻值测量，最终化简如图3所示。

图3 电缆等效电路模型简化

其中R3=R+R2，R=R1+R2，RgN为故障点g到电源侧地N的等效接地电阻值。

2.2 计算公式推导

根据图3电路图，已知A，B，N三个端子间的电阻值，即可列出以下等式:

3 实例应用

3.1 故障概况

某日，某电厂2×138 MW机组的直流系统发出“直流接地”报警信号，测量母线正极对地电压为0 V，负极对地电压-230 V，属正极完全接地现象。对各馈线支路进行检查，发现接地是由于4号机的厂副400 V-4段直流合闸电源电缆发生接地引起的。断开该电缆的两端开关，退出故障电缆运行，临时消除了接地故障。但为保证机组的安全稳定运行，需要及时处理好故障电缆。

该故障电缆型号为VV22-2×25，由直流屏经电气主控楼天桥下的电缆槽架至4号机主厂房，再转到地下电缆隧道，最终通过电缆竖井上到厂副400 V开关室，长度有200多m。电缆距离较远，最高处有7 m，需搭架，且所经电缆隧道电缆密集，环境复杂，非常不利于查找。

3.2 电缆接地点距离测算

用万用表简单测量了故障电缆正极芯线对地的电阻，发现不到1 Ω，属于完全金属性接地。电缆负极芯线对地测绝缘大于50 MΩ，绝缘良好。通过对电缆接地后电路的分析，认为完全可利用图3的电路模型进行测量计算，可以使用QJ-44型双臂电桥(量程0～11 Ω)精确测量故障电缆的各组电阻值，代入公式(2)计算出至故障点的直流电阻，进而计算出接地点距离。

短接负载端正、负极芯线，进行测量，有：

3.3 电缆接地点查找及处理

根据以上计算结果，表明接地点距电缆电源端46 m处，这大大缩小了查找范围。经用皮卷尺测量比较，接地点位于电气主控楼前马路正上方的天桥电缆槽内。马路约6 m宽，所查范围就在这6 m电缆槽内。使用升降机对电缆槽进行检查，终于在这段6 m电缆的中间找到了接地点，与测量的故障点位置误差不到3 m。故障电缆原来是被悬挂“限高5 m”标示牌的长钉扎穿，直接与铝质的电缆槽壳接地了。经了解，天桥上限高标示牌安装时没有联系人在场监护，外包人员对电气设备不熟悉，直接将牌钉在了电缆槽上，从而扎伤电缆。

剖开电缆接地点处的外层，对受损的电缆芯进行了绝缘处理，再将电缆包好，使用1 000 V摇表测量故障电缆正、负极对地绝缘均在50 MΩ以上。至此，该直流电缆接地故障算是彻底消除了，经过处理后的直流电缆及时恢复了正常运行。

本次电缆金属性接地点查找，利用了三阻值法进行测量和计算，间接测出接地点的距离，快速查找到了电缆接地点并处理好故障，使得本来较复杂的查找工作变得轻松快捷，真正做到了事半功倍的效果，为及时消除安全隐患做出了积极贡献。

4 结束语

对电厂来讲，电缆发生金属性接地故障的情况还是有可能碰到的，特别是人为弄伤的情况。虽然电厂并不一定有专用的电缆故障查找设备，但一台直流电阻测试仪还是可能有的。目前小型精确数字式电阻测试仪的使用也比较普遍，这给以上介绍的三阻值法的应用提供了可行性。采用本方法测量接地点距离，主要针对的是电缆金属性接地故障，即接地电阻RgN较小，与电缆导线本身电阻相差不太大的情况，这样测出的电阻值精度才较高，计算出的距离才准确。