利用直流高压冲击法探测电缆故障

利用直流高压冲击法探测电缆故障

刘建

国能福泉发电有限公司  贵州省福泉市  550501

摘要：随着电缆线路的广泛使用，电缆故障对供电可靠性的影响日益增大，因此准确地探测高压电缆故障对电缆的及时修复具有重要意义。本文针对部分电缆桥架电缆较多，故障后查找故障点成为最大难点，经过摸索应用直流高压冲击配合声测法探索快速准确探测电缆故障并取得一定的效果。

关键词:直流高压冲击；声测；电缆绝缘；探测故障。

1引言

电缆线路目前在城市及工厂使用较为广泛，在运行过程中电缆会因为电缆头的制作工艺或铺设及电缆本身的隐患如机械损伤、过热老化等逐渐发展缺陷、绝缘劣化直至发生击穿或接地等事故。

xx电厂#2炉引风机A电缆（总共4根）2021年5月有一根电缆发生接地故障，因生产任务重，一直未能停机进行检查处理，造成了#2炉引风机A电缆（三根）长期过载运行，存在极大的安全隐患。引风机电缆较长约800米，跨越汽机房、锅炉区域、电除尘区域，且为6米以上的高空电缆桥架，桥架内电缆堆积较多，采用普通电缆故障查找方法费工费力，且不容易查找到故障点。采用冲击高压闪络法测试电缆的高阻故障，需要购买仪器费用高且因为电缆长度不确定无法进行定位。#2机组停机检修前，电气专业组织人员进行分析研究，确定使用高压直流冲击法配合声测法，该方法可利用现有设备进行查找。2021年9月7日至9月14日使用该方法准确查找到该故障点的确切位置并进行处理。

2工作原理及思路

由于#2炉引风机A电机C相电缆对AB及地的绝缘电阻仅为0.15MΩ（电缆全长800米左右），A、B相对地及相间绝缘电阻均在1000MΩ以上,判断C相电缆高阻接地（3kΩ以下为低电阻）。必须首先将高电阻烧穿为低电阻，采用高压直流烧穿法比较合理有效，其接线与电缆直流耐压试验相同。为避免给声测法定点带来困难，故障点对地电阻不宜降得太低，1kΩ即可，因电阻下降时故障点的声能也随之下降。

高压直流烧穿法其接线如下图，将电缆A、B相可靠接地，试验变压器TT的高压侧经高压二极管V整流产生直流电源，先对电容器C充电，充电到球隙F击穿时，电容器上的电荷经故障点放电，持续放电一段时间，冲击电流将炭化通道逐渐扩大，电阻降低。充电电容C值可取2-10微法，应能承受20-30kV电压。R为保护电阻，电阻值一般取0.1-0.5MΩ。冲击的同时可配合声测法同时监听，有时能直接探到故障点。

声测法灵敏可靠，除接地电阻特别低小于50欧的接地故障外，都能适用。当高压电容器C充电到一定电压时，球间隙击穿，电容器电压加在故障电缆上，使故障点与间隙之间击穿，产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。声测法的原理就是利用放电的机械效应，即电容器储存的能量在故障点以声能形式耗散的现象，在地表面以声波接收器探头拾取震波，根据震波强弱判定故障点。当放电能量足够大时，用简单的振膜式听棒可直接听音，而不受电磁干扰，相当准确。这种听棒实际上就是一根金属管，一头接触地面，另一头做成喇叭形，上覆铁皮薄膜以供测听。测听时应仔细辨别声音大小，最响点才是故障点。接线同高压直流烧穿法如下图。通常选用电容器C为1-10微法，间隙放电电压调到20-30kV（对6kV-10kV电缆），放电时间间隔为1.5-6s，放电过快易损坏设备，太慢则不易与环境噪声相区别。

3、现场测试

根据设备的具体情况，针对此次探测应采取如下措施：

由于引风机电机电缆运行时间较长，绝缘性能有所下降。试验时球间隙放电电压先调整到12-15kV，根据测听声音强度再适当调整。放电时间间隔根据现场实际进行调整。

在进行测听时，人员不宜直接站在电缆桥架上，若需站在桥架上必须穿绝缘鞋及带绝缘手套。试验时间尽量选择在傍晚且附近检修工作停止时以减少环境噪声的干扰。

探测到电缆故障点后根据绝缘受损的情况进行处理。绝缘处理后的电缆根据标准进行交流耐压试验合格后方能恢复运行。

现场使用试验变压器TT的高压侧经高压二极管V整流产生直流电源，不可使用普通的直流高压发生器，因为直流高压发生器的电流保护很灵敏，稍有放电就会跳闸不利于观察放电情况，且容易造成设备损坏。

使用的设备清单

按照图示接线进行直流耐压冲击放电，刚发生放电后直流高压消失，停电后检查发现高压二级管已烧毁，分析是二极管额定电流较小（0.15A）所致，重新购买大容量的高压二极管2CL-100kV/2A(反峰电压100kV，通流容量2A),调整球隙至放电时间间隔在3-4秒，直流放电电压在14-16kV，可以造成较强烈的放电声音。维持此电压，安排人员对电缆桥架进行排查，大约在电缆中段位置（距地面8米）听见放电声，停止试验。搭设脚手架后在电缆桥架未检查到受损的电缆因为电缆堆压太多，多次使用上述方法将电缆故障点找到。

4、现场测试分析总结

采用高压直流冲击法配合声测法查找电缆故障，现场故障点放电声音较大，且定位正确，对于电缆较多采用高空电缆桥架铺设电缆且电缆无法精确定位的场所较为实用。若采用冲击高压闪络法测试仪器进行粗略估计故障点位置，再用高压直流冲击法配合声测法进行精确定位，工作量可以大大缩短。采用此方法，最关键的是要故障点声音足够大。要在故障点产生足够大的声音，关键取决于直流冲击电流的大小。而冲击电流的大小，取决于电容器 C的容量和放电间隙的大小。间隙加大放电电压增高，但是如果电压太高，无论对电缆还是设备都是一种威协。由于有些电缆运行时间较长，绝缘性能有所下降。试验时间隙放电电压适当降低调整到12-15kV，根据测听声音强度再适当调整。

采用高压直流冲击法声测法应注意以下几点：

被试电缆应能承受所选的试验电压不致产生新的故障，试验设备应有足够容量。如试验容量不够，可采取加压15min，间歇5min的方法，同时监视调压器及电源线的温度。同时注意高压二极管的容量配合问题。

由于在放电瞬间有冲击大电流从故障点流经护层，使护层电位瞬间提高，因此除故障点放电外，有时在其他接地点处也会有杂散和寄生的放电，例如在电缆裸出部分的金属夹子等处，应注意分辨。

由于冲击放电的大电流，流过主地网引起的电压升高可能危及与地网相连的其他设备，所以变压器和电容器不但应可靠接地，而且要与电缆内护层直接相连。

结束语

本文介绍了高压直流冲击法配合声测法查找电缆故障的原理，分析了查找电缆故障的注意事项，提出在现场实施的工作思路，并通过现场测试进行查找，证实这一方法的可靠性。今后在查找类似电缆故障时积累相关数据，快速查找电缆故障，提供了较好的借鉴意义。

参考文献：

[1]李建明，朱康，高压电气设备试验方法，ISBN 978-7-5083-0551-6