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|石化企业电力电缆故障的快速查找


作者主要阐述通过低压脉冲法、多次脉冲法对电缆故障进行查找 ， 结合应用DSM-4000电缆故障测试仪对几起电缆故障进行查找的实例 ， 分析总结电缆故障的快速查找方法 。
1 引言
电力电缆在工业企业配电中使用广泛 ， 目前长岭炼化生产装置6KV高压电缆约有130多公里 ， 大都分布在生产区的电缆沟、电缆廊道以及直埋于地下 。 一旦电缆发生故障 ， 直接影响炼化企业的连续性生产 ， 因此如何快速准确地检测到电缆故障点 ， 尽快恢复供电是摆在我们面前的重要课题 。 通 过使用DSM-4000电缆故障测试仪对几起电缆故障的查找 ， 分析总结了电缆故障的快速查找方法 。
2 电缆故障性质的分析
电力电缆故障是由于故障点的绝缘损坏而引起的 。 一般故障的类型大体上分为低阻（短路）故障和断路故障 ， 高阻泄漏故障和闪络性故障两大类：
2.1 低阻故障和开路故障
凡是电缆故障点绝缘电阻下降到100欧姆以下 ， 甚至直流电阻为零的故障均称为低阻故障或短路故障 。
凡是电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电缆的绝缘电阻值相同 ， 但电压却不能馈至用户端的故障称为开路（断路）故障 。
2.2 高阻故障(包括高阻泄漏故障和闪络性故障)
电缆故障点的直流电阻大于100欧姆以上的故障均称为高阻故障 。
2.2.1 高阻泄漏
在作电缆高压绝缘试验时 ， 泄漏电流随试验电压的增加而增加 。 在试验电压升高到额定值时（有时还远远达不到额定值） ， 泄漏电流超过允许值 ， 称为高阻泄漏故障 。
2.2.2 闪络性故障
试验电压升至某值时 ， 监视泄漏电流的电表指值突然升高 ， 表针且呈闪络性摆动；电压稍下降时 ， 此现象消失 ， 但电缆绝缘仍有极高的阻值 ， 这表明电缆存在有故障 。 而这种故障点没有形成电阻通道 ， 只有放电间隙或闪络表面的故障便称为闪络性故障 。
3 电缆故障的测试方法
DSM-4000电缆故障测试仪器对电缆故障的测试有三种方法：低压脉冲法、多次脉冲法、高压闪络法等 。 低压脉冲方式由机内产生脉冲电压直接测量 。 多次脉冲方式是在高压电压方式的基础上,配合多次脉冲处理单元而产生多个脉冲,利用高压放电的延弧技术,使故障点的波形更加容易判断分析 。 进行故障查找时 ， 使用最多的方法是低压脉冲法和多次脉冲法 。
3.1 低压脉冲法
利用这种方法 ， 可以直观地从仪器显示屏中观察出故障点是开路还是短路性质的故障 ， 并且还可以直接算出故障点距测试的距离 。
工作原理：测试时 ， 在故障相上注入低压发送脉冲 ， 该脉冲沿电缆传播直到阻抗失配的地方 ， 比如中间接头、Ｔ型接头、短路点、断路点和终端头等 ， 在这些点上都会引起波的反射 ， 反射脉冲回到电缆测试端时被试验设备接收 。
故障的性质类型 ， 由反射脉冲极性决定 。 如果我们发送的测量脉冲是负极性的 ， 反射脉冲是负极性 ， 表示是断路故障或终端头开路；回波是正脉冲 ， 则是短路接地故障 。
脉冲测距法原理还可由下图直观地表示出来 。
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本文插图

3.2 多次次脉冲法
多次脉冲法的基本测试原理：多次脉冲法是将低压脉冲巧妙地应用在冲击高压闪络法之中 ， 利用冲击闪络时故障点被电弧短路的物理特性而获得发射脉冲与反射脉冲极相反的波形 。在冲击电压作用下 ， 故障点被电弧击穿短路的同时 ， 能发送一个低压测试脉冲 ， 即可在短路点得到一个短路反射的回波 。 即反射回波的极性与发射脉冲的极性相反 。
当故障点短路电弧熄灭后 ， 再发射一个低压测试脉冲（二次脉冲） ， 可测得电缆的开路全长波形 。 前后两次采集到的波形同时显示在一个屏面上 。 开路全长波形与发射脉冲同极性 ， 故障反射波形的极性与发射脉冲极性相反 ， 且一定在全长距离以内 。
两相对比 ， 故障波形极好区别判断 。 如果将两个波形靠拢叠加 ， 故障点以前的两个测试波形 ， 在规律上重合得很好 ， 一旦越过故障点 ， 两个波形就产生明显离散 ， 不再重合 。 两条曲线的离散点就是故障点距测试端的距离 。
4 电缆故障查找的步骤
4.1 首先确定故障电缆类型、电压等级、标长等参数 ， 资料越清楚越有利于电缆故障的测试 。
4.2 对故障电缆相相间及相地间进行绝缘测试确定阻值 ， 如摇表测量为零 ， 再用万用表进行测量 。 测试故障之前要确定：故障电阻是低阻还是高阻；是闪络性还是泄漏型故障；是接地、短路、断线还是它们的混合；是单相、两相还是三相故障 。
4.3 进行故障测距：用低压脉冲法进行测量 ， 确定全长及可能的中间接头 。 如为低阻、短路故障可直接测试出短路点故障距离；如为断路故障也可直接测试断路点距离（此时故障相全长就无法测出） 。
对于高阻故障 ， 多次脉冲法测出故障点距测试端的距离 ， 确定故障点的大致范围 。
故障距离的测试最好用两种以上方法互相进行验证 。
4.4如电缆路径（走向）不完全肯定 ， 必须进行电缆路径的测量 ， 确定电缆路径（走向） 。
4.5 在电缆路径（走向）完全肯定的基础上进行故障点的定点 。 对电缆施加冲击高压（或脉动高压） ， 利用故障点的放电声波 ， 故障距离范围内 ， 用声测法（声磁同步法）进行精确故障点定位 。
5 DSM-4000电缆故障测试仪故障查找实例
5.1 低阻性故障
5.1.1 故障现象
王垅坡1#进线电缆三相对地摇测绝缘电阻分别为A相0MΩ、B相3700 MΩ、C相3700 MΩ ， 用万用表测得三相对地绝缘电阻分别为A相18Ω、B相∞、C相∞ 。
5.1.2 处理步骤
(1) 由此判断为电缆为单相低阻接地故障 ， 故采用低压脉冲法对故障相的故障点进行测距（粗测 ， 在王龙坡高压室测量） ， 仪器接线及参数设置如下：
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电缆故障测试仪上参数设置:
①、采样方式：脉冲；
②、采样主频：30Mhz；
③、电波速度：156m/us；
④、滤波方式：1；
⑤、脉冲宽度:0.5us 。
测得波形:
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上图中第一个波的下降沿处为电缆的起点,明显陡峭上升的拐点为终点,两线之间的距离即为故障点距离:252.2m.其中主貌波形的压缩倍率：K2=01 ， 全貌波形倍率：K1=020 。 将本波形存储在测试仪中 。
(2) 对非故障相进行测量（在王龙坡高压室测量）
电缆故障测试仪上参数设置:
①、采样方式：脉冲；
②、采样主频：30Mhz；
③、电波速度：156m/us；
④、滤波方式：1；
⑤、脉冲宽度:0.5us 。
测得波形:
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上图中第一个波的下降沿处为电缆的起点,平滑处突降的拐点为终点,两线之间的距离即为电缆全长:3073.2m 。 其中主貌波形的压缩倍率：K2=04 ， 全貌波形倍率：K1=020 。 将本波形存储在测试仪中 。
(3) 将故障相波形和非相波形比较 ， 就是将两次测得的波形在电缆测试仪器上同时显示 ， 对故障点进行确定 。
电缆故障测试仪上参数设置:
①、采样方式：脉冲；
②、采样主频：30Mhz；
③、电波速度：156m/us；
④、滤波方式：1；
⑤、脉冲宽度:0.5us 。
得到波形:
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上图中两叠加波的下降沿处为电缆的起点,两个波形明显的分歧点处为终点,两线之间的距离即为故障点距离:252.2m ， 即故障点在距离王龙坡高压室252.2米处；其中主貌波形的压缩倍率：K2=01 ， 全貌波形倍率：K1=020 。
(4) 对电缆路径进行确定：
由于王龙坡1#进线电缆敷设方式为直埋方式 ， 因此必须先确定电缆（路径）走向 ， 在电缆路径确定的基础上再找出故障点 。
使用电缆路径仪器进行路径的确定：
①、将故障电缆两端接地线悬空 ， 将路径仪信号线的红线接在故障电缆的完好相上 ， 信号线的黑线接地,信号设为连续,频率设为15MHZ ， 信号线红线在接到路径仪上电压50V孔；
②、使用监听器将故障电缆路径找出；
③、根据电缆路径 ， 用皮尺测量故障点位置 ， 在故障点位置前后50米内画出详细的电缆走向 。
(5) 对电缆故障点进行确定：
在故障电缆加上一个幅度足够高的冲击电压 ， 故障点发生闪络放电的同时 ， 还会产生相当大的“啪、啪”放电声 ， 这种声音可传至地表面 。 利用这种现象来定点就可以十分准确地将故障点寻测出来 ， 因此可使用电缆故障定点仪器进行精确定点 。
①、用闪络法对故障相进行加压放电 ， 接线图如下：
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②、使用定点仪进行定点 。 打开“电源开关” ， 调节“声音指示”表下方的音量“调节旋钮” ， 使耳机音量和“声音指示”表针摆幅较小 。 然后到电缆测试仪粗测的故障点附近探测 。 电缆故障点部位放电声音最强 ， 表针摆幅最大 ， 而且随着声波探头离开故障点距离的增大 ， 放电声音强度迅速衰减 ， 否则就不是电缆故障点 。
如果难以确认声音是电缆故障点放电所致 ， 可调节“电磁指示”表下方的“触发调节”旋钮 ， 使表针略有偏转即可 。 若发现“电磁指示”表针摆动与“声音指示”表针摆动同步动作 ， 则可以断定声音就是电缆故障点放电所致 。
③、故障点查找结论：采用定点仪将故障点定位在距离王龙坡高压室约252米处 ， 即距离王龙坡罐区门卫附近的农民菜地下 ， 将故障点处的泥土挖开 ， 发现一电缆中间接头已烧坏 。
5.2 对于高阻故障
5.2.1 故障现象
配影剧院2#变电缆 ， 三相对地绝缘电阻分别为A相0MΩ、B相0 MΩ、C相0 MΩ ， 用万用表测得三相对地绝缘电阻分别为A相68KΩ、B相35KΩ、C相103KΩ 。
5.2.2 处理步骤
⑴ 由此判断电缆为三相短路接地故障 ， 且为高阻性故障 ， 应采用多次脉冲法进行故障测距；接线如下：
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电缆故障测试仪上参数设置:
①、采样方式：多次脉冲；
②、采样频率：120Mhz；
③、电波速度：160m/us；
④、滤波方式：1；
⑤、脉冲宽度:0.2us 。
测得波形：
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上图中黄色波形为在冲击电压作用下 ， 故障点被电弧击穿短路的同时发送的一个低压测试脉冲 ， 即在短路点得到一个短路反射的回波；紫色波形为当故障点短路电弧熄灭后 ， 发射的一个低压测试脉冲（二次脉冲） ， 测得是电缆的开路全长波形 。
前后两次采集到的波形同时显示在一个屏面上 。 开路全长波形与发射脉冲同极性 ， 故障反射波形的极性与发射脉冲极性相反 ， 且一定在全长距离以内 。 将两个波形靠拢叠加 ， 故障点以前的两个测试波形 ， 在规律上重合得很好 ， 一旦越过故障点 ， 两个波形就产生明显离散 ， 不再重合 。 两条曲线的离散点就是故障点距测试端的距离 。
即：两叠加波的下降沿处为电缆的起点,两个波形明显的分歧点处为终点,两线之间的距离即为故障点距离:226.2m ， 即故障点在距离二级泵站高压室226.2m米处；其中主貌波形的压缩倍率：K2=01 ， 全貌波形倍率：K1=020 。
⑵ 对电缆路径及故障点进行确定 ， 原理如前所述 ， 不再重复；
⑶ 故障点查找结论：采用定点仪将故障点定位在距离二级泵站高压室约226米处的电缆沟中 ， 在电缆沟中将故障电缆找到 ， 发现为电缆中间接头进水导致电缆芯线对绝缘层放电 。
6 电缆故障查找中应注意的问题
6.1 必须根据电缆故障的现象先准确判定为是高阻故障还是低阻故障 ， 否则就无法确定采用哪种故障测试方法；
6.2 电缆故障测试仪一次只能测试一个故障点 ， 如果遇到一条电缆存在两个以上的故障点 ， 就必须先找出一个故障点后将其从电缆中去除 ， 再去查找另一个故障点；
6.3 对电缆路径的确定必须仔细认真 ， 反复确定；对于故障点的定点更要认真、慎重 ， 要有多人通过定点仪反复确认；
6.4 对于金属性短路（接地）故障的定点 ， 此类故障距离容易确定 ， 但一般无法在现场利用声测法直接定点 。 解决的办法是 ， 利用电焊机低压大电流特点 ， 在故障相和地线间施加低压大电流 ， 点击几下便可将故障点由短路烧成开路 ， 把短路故障转化成高阻故障 ， 就可以精确定点了 。
7 结束语
通过使用低压脉冲法、多次脉冲法对电缆故障进行查找的实际应用 ， 结合使用DSM-4000电缆故障测试仪 ， 归纳总结了电缆故障的快速查找方法 ， 缩短了故障处理时间 ， 为石化企业的安全生产提供了有力保证 。
本文编自《电气技术》 ， 作者为邓云晖、谌云临 等 。


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