论火电厂高压电机电缆故障查找

文晓燕，郭希红

（1.国电太原第一热电，山西 太原 030012；2.国电山西洁能有限公司，山西 太原 030006）

在火电厂，6 kV电力电缆的大量使用，关于电缆故障的问题也就越来越得到人们的关注，如何快速查找到故障点，及时处理，给电厂提出了新的课题。由于电厂中6 kV电力电缆数量多，大多带着重要负荷，有时停一台6 kV电动机就要使单元机组的发电量损失50%以上。因此，探讨6 kV电力电缆经常出现的故障问题就显得非常必要。

1 电缆常见故障及产生原因

1.1 电缆常见故障

（1）短路、接地或闪络击穿故障：其中，短路接地又有高阻和低阻之分。接地电阻在10 kΩ以下的，被称为是低阻接地故障，10 kΩ以上的，称为高阻接地故障。

（2）开路故障：指电缆的导体芯线出现断线，电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，表现为单相或多相断线。

1.2 常见故障产生的原因

电缆的薄弱环节是中间接头和终端头，主要是制作工艺、材料不当而带来绝缘受潮、绝缘老化等缺陷。电缆本身也会因受到机械损伤而发生一些故障。

2 故障点的查找方法

电力电缆故障点的查找，首先需要根据故障发生的现象及一些简单的试验来判断故障的基本性质，例如，是绝缘损坏或是导线断线，是单相还是多相，属于哪种故障等，根据这些初步判断再来选择合适的方法。现简单介绍几种常见的故障点的测量方法。

2.1 常见方法

（1）电桥法，是至今仍广泛使用的一种方法。主要应用于单相接地和相间短路等电缆故障方面，优点是使用方便，误差小。缺点是需要知道电缆准确长度，并要求电缆有一相绝缘良好等特点。电桥法是通过调节桥臂平衡所得数据与电缆总长度计算距离测点与故障点的长度。

（2）低压脉冲反射法，用来探测断线和低阻短路故障。将高频率的低压脉冲发送到电缆中使其传播，直到遇到不匹配点及故障点，电磁波就会发生反射，反射脉冲被送回并接收到测量仪器中，这种方法叫低压脉冲反射法。

（3）高压脉冲反射法，用来探测高阻性短路或接地故障及闪络性故障。该方法是采用施加直流电压将电缆故障点瞬间击穿，使故障点发生闪络，然后通过测量波形来获得测量端到故障点的距离。该方法的关键是判断故障点是否击穿放电。其存在以下缺点：烧穿电流大小不好掌握。把高阻烧成低阻并不容易，如果烧穿电流太小，不能达到扩大炭化通道使电阻下降的目的；烧穿电流太大，又可能使炭化通道因温度过高而遭到破坏，电阻反而增高。

2.2 精确定点测量法

前面介绍的几种常见故障点测量方法，存在一定的测试误差。我们不可能把粗测范围内的整段电缆处理。必须找出故障点的确切位置，精确定点误差应不大于1m。

声测法：声测法主要是利用故障点放电时产生的声音，用高灵敏度声电转换器放大成声音信号和电流信号，通过耳机、仪表等在电缆线路上确定故障点。这种方法测量出的结果随意性比较大，误差较大，电缆埋地过深时测量难度大，但设备要求比较低。

声磁同步法：故障闪络放电时，电磁场的信号是以光速300m/μs，向其周围传播的，而声音传播速度为340m/s，由于声磁信号的相差时间在数毫秒以内，声、磁的接收仪器在接收这两种信号时，认为这两种信号从故障点发出时是同时的，这样，探测的位置离故障点越远，接受的两种信号的时间差就越大。

3 实例分析国电太一发电厂六期4#循环泵电机6 kV电缆故障

2012年4月，国电太一发电厂六期循环泵房4#循环泵电机因机械故障停运检修。修完送电前根据《电力设备预防性试验规程》规定确认电缆的绝缘状况良好。电缆绝缘测试值见表1。

表1 六期4#循环泵电机电缆绝缘测试

根据试验结果，初步判断电缆存在高阻接地故障。依据如下：

当试验温度在20℃时，橡塑绝缘电力电缆的绝缘电阻，额定电压在6 kV及以上的应不小于100MΩ。

该电机电缆处于潮湿地方，历史数据比较低。2005年3月11日（天气晴，5℃），A相65MΩ；B相2 500MΩ；C相105MΩ。虽然一般的绝缘，通常温度每下降10℃，其绝缘电阻约增加1倍。但这次与过去的历史数据比较，变化大。并且同一电缆的各相相比，其数值也不应有较大的差别，电缆各相绝缘电阻的不平衡系数K=R max/R min=2 500/2也远远大于2，表示电缆存在缺陷。

根据《电力设备预防性试验规程》规定，用兆欧表测量该电缆导体对地绝缘电阻，如有疑问时，必须用低于常规直流耐压试验电压的直流电压进行试验，加压时间1min。

直流耐压试验：A相能耐24 kV 1min，但泄漏电流为60mA电流，延长A相试验时间，泄漏电流不变。泄漏电流超过有关要求。见表2。

表2 电缆的泄漏电流值

有关规程中对橡塑电缆及充油电缆的泄漏电流值未作规定，在实际中，可参考纸介质电缆的情况，对同等参数的电缆一般应＜2～5倍的纸介质电缆泄漏电流。

3.1 判断电缆故障性质

（1）用2 500 V兆欧表摇电缆绝缘。测得相对地电阻值远小于电缆正常的绝缘电阻值，可判别为高阻故障。

（2）直流耐压预试。在电缆端分相加直流电压，电缆的泄漏电流值随预试电压的升高而连续增大，或不成比例地急剧上升，并远大于电缆的允许泄漏值。可判断电缆有泄漏性故障。

3.2 故障点查找

根据上述分析，本次电缆故障属于高阻接地故障，宜采用高压脉冲法进行粗测。

反射脉冲原理：

Uf=m Ut

Uf：反射波电压；

Ut：反射波电压；

m：反射系数。

Z c:电缆线路波阻抗;

Z:电缆结点阻抗。

短路时Z=0，Uf=-Ut即反射脉冲为负反射。

断线时Z=∞，Uf=-Ut形成正反射。

v：脉冲波传播速度（m/s）；

T x：脉冲波至故障点发射和反射往返时间（s）。

接线见图1，试验变电器BS的高压侧经高压二极管D整流产生直流电源，先对电容器C充电，充电到球隙G击穿时，电容器上的电荷经故障点放电，持续一段时间，冲击电流将使炭化通道电阻降低。充电电容C值可取2～10μF，应能承受20～30 kV电压。球间隙放电电压调到20～30 kV，放电时间间隔为1.5～6 s，放电太快易损坏设备，太慢则不易与环境噪音相区别。R为保护电阻（常用水电阻），电阻值一般取0.1～0.5MΩ。微安表是用于监视回路电流的。K是微安表的短路开关。

图1 高压脉冲法

正常情况下，当故障点没有充分闪络放电，在被测电缆及储能电容允许耐压条件下，可提高直流高压电源的直流输出电压，同时增大球隙间距。如果在电压不能再升高的情况下，可增大储能电容的容量（并联电容），但此时，应注意直流高压电源的容量承受能力。一般来讲，在电压一定的条件下，储能电容越大，要求直流高压电源的容量越大。可保证在放电瞬间释放出足够的能量。在故障点间隙击穿时电容瞬间冲击放电，就可以获得足够的声能，更准确定位。

在加压过程中，我们时刻注意泄漏电流表的指示及加到电缆上的电压值。当直流电压加到某一数值时（电缆允许的最大电压范围内）泄漏电流表突然增大或来回摆动说明故障点已闪络放电，此时在测试端形成直闪电压测试波形。

3.3 精确判断故障点

为了精确判断故障点，我们用了声测法。它的原理是当电缆故障点在高电压作用下产生闪络放电的同时存在四种物理现象，即回波、声波、电磁波、红外波等。声测仪原理图见图2，它是利用故障点放电时所产生的声波现象，故障点处有振动声音最大，离故障点越远，振动声音越小，从而可最终确定地埋电缆故障点在1m以内范围。

图2 声测法定点仪原理图

有些仪器设备存在盲区（指的是从仪器到电缆某一点，这一段电缆中的故障不能正确测试判断）。怎样才能更好地听到反射信号：由于电缆存在损耗，故障点距离测试端越近，其反射信号幅值越大，距测试端越远，其反射信号回到测试端幅值越小。距测试端越近的故障点，其测试泄漏性故障点的范围也就越大。因此，在进行电缆故障测试时，当故障声音很小时，可通过从两端进行测试，然后再从两端丈量得出准确的故障距离。

经测试故障距离为273m处，为中间接头。故障原因：中间接头制作工艺粗糙，密封不严，电缆所处环境潮湿，由于毛细现象等原因，绝缘受潮，爬电严重。重做中间接头后，测三相对地及相间绝缘均为2 500MΩ，做交流耐压试验合格。

4 总结

在火电厂中，6 kV电力电缆应用广泛，为了确保电缆和机组的安全运行，应及时对电缆的各种故障进行处理。因直流耐压和交流耐压试验是预防性试验中的破坏性试验，可能会对电缆绝缘造成一定的破坏。因此，做预防性试验时，需保存好原始试验资料，以备与以后的试验数据进行比较，分析判断。当电缆主绝缘绝缘电阻数值，与历史试验数据比较且变化不大又都在合格范围时，就不再做直流耐压试验。只有当有疑问时或新制作终端头和新制作中间接头才需对电缆做交流耐压试验。这样就可以最大限度地保护电缆，延长电缆的使用寿命。