文 李俊沅　國(guó)華（陸豐）風(fēng)電有限公司
　　摘　要：集電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦發(fā)生故障將直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，如何快速、準(zhǔn)確地查找故障，減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電損失，成為電力工程領(lǐng)域與研究領(lǐng)域日益關(guān)注的問(wèn)題。本文分析了集電線路電纜故障出現(xiàn)的原因，探討了集電線路電纜的故障測(cè)距與定點(diǎn)方法，并對(duì)如何組織人員進(jìn)行快速查找處理進(jìn)行了討論。
　　1. 引言
　　集電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦發(fā)生故障將直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且如故障發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，則可能導(dǎo)致火災(zāi)、設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞等較大的事故后果。而在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，為了保證電場(chǎng)集電線路有條不紊的運(yùn)行，對(duì)于集電線路故障的查找我們必須做到迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確，下面我們將以10KV 集電線路為例，探討如何分析集電線路電纜故障出現(xiàn)的原因，對(duì)癥下藥，并得出行之有效的檢測(cè)方法，確保故障出現(xiàn)的準(zhǔn)確情況，最后該如何組織人員有條理的有秩序的進(jìn)行故障的查找處理。
　　2. 集電線路電纜故障的原因分析
　　致使集電線路電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，現(xiàn)將常見(jiàn)的幾種主要原因歸納如下：
　　2.1 制造缺陷
　　2.1.1 材料選用問(wèn)題。多是采用塑料、橡膠等材質(zhì)作為絕緣材料，且所選用的絕緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化?！?br /> 　　2.1.2 制作工藝不良。在包纏絕緣過(guò)程中，紙絕緣上出現(xiàn)褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷。
　　2.1.3 電纜附件制造上的缺陷。如鑄鐵件有砂眼，瓷件的機(jī)械強(qiáng)度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等。
　　2.2 操作不當(dāng)
　　2.2.1 運(yùn)輸不當(dāng)。電纜在運(yùn)輸過(guò)程中由于車(chē)輛受到震動(dòng)、沖擊或其他外界因素影響，導(dǎo)致電纜絕緣損壞。
　　2.2.2 安裝不當(dāng)。在安裝時(shí)不小心碰傷電纜，機(jī)械牽引力過(guò)大而拉傷電纜，或電纜過(guò)度彎曲而損傷電纜，或安裝后靠近電纜路徑作業(yè)造成的機(jī)械損傷。
　　2.3 運(yùn)行不當(dāng)
　　2.3.1 電纜長(zhǎng)期處于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)。2.3.2 電纜過(guò)于密集、所處的環(huán)境通風(fēng)不良處或熱力管道接近。以上運(yùn)行管理不當(dāng)致使電纜過(guò)熱，絕緣老化變質(zhì)，逐漸炭化，影響電纜壽命。
　　2.4 外界因素影響
　　2.4.1 化學(xué)腐蝕。電纜路徑在有酸堿作業(yè)的地區(qū)通過(guò)，造成電纜鎧裝和鉛（鋁）護(hù)套大面積長(zhǎng)距離被腐蝕。
　　2.4.2 絕緣受潮。由于密封不嚴(yán)進(jìn)水、電纜制造不良、金屬護(hù)套受外力或腐蝕破損，使電纜絕緣受潮引起故障。
　　2.4.3 過(guò)電壓。大氣與內(nèi)部過(guò)電壓作用，使電纜絕緣擊穿，形成故障，擊穿點(diǎn)一般是存在缺陷。
　　2.4.4 人為因素。電纜附近有人施工造成電纜斷裂引起故障。　
　　3. 集電線路電纜故障探測(cè)的步驟
　　電纜故障的探測(cè)一般要經(jīng)過(guò)診斷、測(cè)距、定點(diǎn)三個(gè)步驟。
　　3.1 故障診斷
　　就是用萬(wàn)用表、兆歐表測(cè)量電纜的故障電阻，并根據(jù)故障電阻的大小，判斷電纜的故障性質(zhì)；了解故障性質(zhì)、故障原因、敷設(shè)環(huán)境、運(yùn)行情況等。主要有測(cè)試準(zhǔn)備與故障性質(zhì)診斷兩個(gè)階段組成。
　　3.2 故障測(cè)距
　　故障測(cè)距又叫粗測(cè)，在電纜的一端使用儀器確定故障距離。
　　3.3 故障定點(diǎn)
　　故障定點(diǎn)又叫精測(cè)，即按照故障測(cè)距結(jié)果，根據(jù)電纜的路徑走向，找出故障點(diǎn)的大體方位來(lái)，在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，利用放電聲測(cè)法或其它方法確定故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。主要有路徑探測(cè)與故障精確定位兩個(gè)階段組成。
　　4. 集電線路電纜絕緣故障的測(cè)距方法
　　4.1 電纜故障性質(zhì)的診斷
　　所謂診斷電纜故障的性質(zhì)，就是指確定：故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是封閉性故障；是接地、短路、斷線，還是它們的混合；是單相、兩相，還是三相故障。
　　可以根據(jù)故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判斷故障的性質(zhì)。例如，運(yùn)行中的電纜發(fā)生故障時(shí)，若只是給了接地信號(hào)，則有可能是單相接地的故障。繼電保護(hù)過(guò)流繼電器動(dòng)作，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，則此時(shí)可能發(fā)生了電纜兩相或三相短路或接地故障，或者是發(fā)生了短路與接地混合故障。發(fā)生這些故障時(shí)，短路或接地電流燒斷電纜將形成斷線故障。但通過(guò)上述判斷不能完全將故障的性質(zhì)確定下來(lái)，還必須測(cè)量絕緣電阻和進(jìn)行“導(dǎo)通試驗(yàn)”。
　　測(cè)量絕緣電阻時(shí)， 使用兆歐表(1 千伏以下的電纜， 用1000 伏的兆歐表；1 千伏以上的電纜， 用2500 伏的兆歐表) 來(lái)測(cè)量電纜線芯之間和線芯對(duì)地的絕緣電阻；進(jìn)行“導(dǎo)通試驗(yàn)”時(shí)，將電纜的末端三相短接，用萬(wàn)用表在電纜的首端測(cè)量芯線之間的電阻。
　　4.2 常用的電纜故障測(cè)距檢測(cè)方法
　　根據(jù)不同性質(zhì)的故障，電纜故障的測(cè)距采用不同的方法。目前主要有電橋法和根據(jù)行波原理發(fā)展的低壓脈沖反射法、脈沖電壓法、脈沖電流法、二次脈沖法。電橋法測(cè)試電纜受條件限制較多，對(duì)于高阻故障無(wú)法進(jìn)行測(cè)試。隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)上電橋法用得越來(lái)越少。
　　4.2.1 低壓脈沖反射法。通過(guò)計(jì)量發(fā)射脈沖和故障點(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)間差△ t 來(lái)測(cè)取故障距離。若設(shè)脈沖電波在電纜中的傳播速度為v，則電纜故障距離L 可由下式計(jì)算：L=V·Δt/2。低壓脈沖反射法適于測(cè)定電纜的低阻和開(kāi)路故障，也可用于校對(duì)電纜的全長(zhǎng)和顯示電纜中間接頭的位置，還可用于測(cè)定電纜的波傳播速度，測(cè)量準(zhǔn)確率較高，應(yīng)用較廣。
　　4.2.2 脈沖電壓法。又稱(chēng)閃測(cè)法，是20 世紀(jì)70 年代發(fā)展起來(lái)的用于測(cè)量高阻與閃絡(luò)性故障的方法。該方法首先將電纜故障點(diǎn)在直流高壓（直閃法）或沖擊高壓（沖閃法）信號(hào)下?lián)舸?，然后記錄下放電脈沖在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返一次所需的時(shí)間，再根據(jù)電波在電纜中的傳播速度，就可算出故障點(diǎn)的距離。該方法測(cè)試速度快，波形清晰易判。但其接線復(fù)雜，分壓過(guò)大時(shí)對(duì)人和儀器有危險(xiǎn)。
　　4.2.3 脈沖電流法。這是20 世紀(jì)80 年代初發(fā)展起來(lái)的一種測(cè)試方法，以安全、可靠、接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)顯示了強(qiáng)大的生命力。它與脈沖電壓法大致相同，區(qū)別只在于：脈沖電流法是通過(guò)一線性電流藕合器來(lái)測(cè)量電纜故障擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)。脈沖電流法也包括直閃法和沖閃法兩種類(lèi)型。直閃法用于測(cè)量閃絡(luò)性高阻故障；而沖閃法主要用于測(cè)量泄漏性高阻故障，也可測(cè)量閃絡(luò)性高阻故障。直閃法測(cè)量線路中包括：電流耦合器、調(diào)壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、整流硅堆、儲(chǔ)能電容。測(cè)量時(shí)，調(diào)整儀器從0 開(kāi)始給電纜加直流電壓，當(dāng)電壓升到一定值時(shí)，故障點(diǎn)閃絡(luò)放電，線性電流耦合器輸出第一個(gè)電流脈沖。放電脈沖到達(dá)故障點(diǎn)后又被反射，折回到儀器端。這一過(guò)程不斷進(jìn)行，直到放電過(guò)程結(jié)束，則故障點(diǎn)到測(cè)量端的距離可由此計(jì)算出來(lái)。沖閃法測(cè)量線路中則有一球間隙，用以改變加到電纜上的沖擊電壓高低和放電間隔時(shí)間。測(cè)量時(shí)從0 調(diào)節(jié)T，當(dāng)電壓增加到某一值時(shí)，球間隙G 擊穿，使電容對(duì)電纜芯線放電。當(dāng)電壓信號(hào)幅值大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓，則高壓信號(hào)沿電纜行進(jìn)到故障點(diǎn)一定的時(shí)間后，故障點(diǎn)電離，擊穿放電。閃測(cè)儀將記錄到相應(yīng)的波形，則故障點(diǎn)到測(cè)量端的距離可由此計(jì)算出，△ t 表示相鄰兩個(gè)同極性脈沖（第一個(gè)脈沖除外，因?yàn)楣收宵c(diǎn)擊穿有延時(shí)）的時(shí)間差。
　　4.2.4 二次脈沖法。20 世紀(jì)90年代，國(guó)外發(fā)明二次脈沖法。它先用高壓脈沖將故障點(diǎn)擊穿，在故障點(diǎn)起弧后熄弧前，由測(cè)試儀器向電纜耦合注入一低壓脈沖。此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射，并記憶在儀器中。電弧熄滅后，測(cè)量?jī)x器復(fù)發(fā)一測(cè)量脈沖通過(guò)故障處直達(dá)電纜末端并發(fā)生開(kāi)路反射，比較兩次低壓脈沖波形可非常容易地判斷故障點(diǎn)（擊穿點(diǎn)）位置。二次脈沖法使得電纜高阻故障的測(cè)試變得十分簡(jiǎn)單，是目前電力電纜故障離線測(cè)試最先進(jìn)的基礎(chǔ)測(cè)試方法。
　　4.2.5 低壓脈沖反射法的應(yīng)用。
　　4.2.5.1 工作原理
　　L=V·Δt/2（V 是電纜的波速度）低壓脈沖測(cè)試原理的測(cè)試公式L=V·△ t/2 中的V 就是電磁波在電纜中傳播的速度，我們簡(jiǎn)稱(chēng)為波速度；理論分析表明波速度與電纜的絕緣介質(zhì)有關(guān)，與電纜芯線的線徑及芯線的材料無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)不管線徑是多少線芯是銅芯的還是鋁芯的，只要電纜的絕緣介質(zhì)一樣，波速度就一樣?，F(xiàn)在大部分電纜都是交聯(lián)聚乙烯或油浸紙電纜，它們的參考數(shù)椐是：交聯(lián)聚乙烯電纜的波速是170-172m/µs、油浸紙電纜的波速為160 m/µs。
　　縱然電纜的絕緣介質(zhì)相同，不同廠家的、不同批次的電纜波速度也不完全相同，如果知道電纜全長(zhǎng)，根據(jù)V=2·L △ t，就可以推算出電纜的波速度。
　　4.2.5.2 低壓脈沖方式測(cè)試故障距離時(shí)的操作步驟
　　4.2.5.2.1 根據(jù)全長(zhǎng)校正波速度
　　4.2.5.2.2 低壓脈沖法測(cè)量開(kāi)路距離
　　4.2.5.2.3 低壓脈沖法測(cè)量短路距離
　　4.2.5.2.4 用低壓脈沖法比較法測(cè)量電纜B、C 相對(duì)地的故障距離
　　4.3 常用的電纜故障定點(diǎn)方法
　　4.3.1 聲測(cè)定點(diǎn)法。聲測(cè)定點(diǎn)法是電纜故障的主要定點(diǎn)方法，主要用于測(cè)量高阻與閃性故障，測(cè)量時(shí)使用高壓設(shè)備使故障點(diǎn)擊穿放電，故障間隙放電時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，傳到地面，便聽(tīng)到“啪、啪”的聲音，利用這種現(xiàn)象可以十分準(zhǔn)確地對(duì)電纜故障進(jìn)行定點(diǎn)，缺點(diǎn)是受外界干擾較大。
　　4.3.2 聲磁法。在向電纜施加沖擊高壓信號(hào)使故障點(diǎn)放電時(shí)，會(huì)在電纜的外皮與大地形成的回路中感應(yīng)出環(huán)流來(lái)，這一環(huán)流在電纜周?chē)a(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，在監(jiān)聽(tīng)到聲音信號(hào)的同時(shí)，接受到脈沖磁場(chǎng)信號(hào)，即可判斷該聲音是由故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的，故障點(diǎn)就在附近。
　　4.3.3 音頻感應(yīng)法。音頻感應(yīng)法一般用于探測(cè)故障電阻小于10Ω 的低阻故障，探測(cè)時(shí)，用1 kHz 的音頻信號(hào)發(fā)生器向待測(cè)電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波；然后在地面上用探頭沿被測(cè)電纜路徑接收電磁場(chǎng)信號(hào)，并將之送入放大器進(jìn)行放大，將放大后的信號(hào)送人耳機(jī)或指示儀表，根據(jù)耳機(jī)中聲響的強(qiáng)弱或指示儀表的指示值大小而定出故障點(diǎn)的位置，當(dāng)探頭從故障點(diǎn)前移l~2 m 時(shí)，音頻信號(hào)中斷，則音頻信號(hào)最強(qiáng)處為故障點(diǎn)。
　　5. 故障檢查與處理
　　5.1電纜故障測(cè)試前的準(zhǔn)備工作
　　5.1.1 測(cè)試設(shè)備準(zhǔn)備。要把測(cè)試用的各種儀器儀表帶全，檢查是否擁有足夠的電力；把電工工具帶全；提前把變電站或接線箱上的鑰匙帶好；同時(shí)帶上電源線和可能用到的接地線等。
　　5.1.2 人員準(zhǔn)備。搶修人員要齊整，分工明確，服從指揮。
　　5.1.3 安全保證。到現(xiàn)場(chǎng)后把電纜兩端孤立起來(lái)使電纜各相之間和對(duì)其他地方留有足夠的距離；測(cè)試時(shí)兩端要留人看守以確保安全。
　　5.1.4 了解電纜情況。全長(zhǎng)、絕緣性質(zhì)、接頭、耐壓等級(jí)、路徑與何處施過(guò)工等。
　　5.2 故障的查找事故發(fā)生后，工作負(fù)責(zé)人應(yīng)對(duì)事故情況進(jìn)行分析，不盲目地進(jìn)行查找，如對(duì)事故發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　5.2.1 根據(jù)繼電保護(hù)動(dòng)作情況預(yù)測(cè)。電流速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘：電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，一般為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)范圍最大， 占線路全長(zhǎng)的50 ％左右。而當(dāng)線路處于最小運(yùn)行方式時(shí)，保護(hù)范圍最小，占線路全長(zhǎng)的15％～ 20％。
　　因此，電流速斷保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘，則說(shuō)明故障點(diǎn)一般位于線路前段( 靠近變電站側(cè))。5.2.2 根據(jù)線路路徑情況預(yù)測(cè)。
　　線路路徑在樹(shù)木區(qū)的，在夏秋季節(jié)有風(fēng)天氣，該線路發(fā)生跳閘事故時(shí)，首先應(yīng)該考慮是由樹(shù)木引起的，重點(diǎn)對(duì)森林、樹(shù)木區(qū)線路進(jìn)行檢查。
　　線路路徑在建設(shè)區(qū)的，在良好天氣情況下，首先要考慮是施工外力造成的，檢查時(shí)應(yīng)特別注意施工區(qū)的情況。
　　5.2.3 根據(jù)線路的絕緣水平預(yù)測(cè)。全電纜線路絕緣最薄弱的地方是終端頭、中間接頭處。所以全電纜線路發(fā)生跳閘故障，首先檢查終端頭、中間接頭是否被擊穿。
　　掌握了以上情況再去處理事故，有計(jì)劃有方向的進(jìn)行排除故障，就會(huì)大大提高工作效率。
　　5.3 故障查找的組織措施
　　5.3.1 檢查人員的合理安排。檢查人員應(yīng)分兩組分別進(jìn)行，一組為測(cè)試組，利用集電線路電纜絕緣故障的測(cè)距方法進(jìn)行故障點(diǎn)的查找，測(cè)試人員至少兩人以上；一組為檢查組，巡視電纜路徑情況是否存在異?，F(xiàn)象，而檢查組人員的多少則應(yīng)根據(jù)線路的長(zhǎng)短、路徑及事故發(fā)生時(shí)的天氣、時(shí)間等確定。線路短，線路路徑交通方便的可以少些；線路長(zhǎng)，線路路徑復(fù)雜的就要多安排一些人員。故障發(fā)生在良好天氣、白天的可少一些人員；故障發(fā)生時(shí)天氣不好、發(fā)生在夜晚時(shí)應(yīng)多安排一些人員。
　　5.3.2 應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案，開(kāi)展事故演習(xí)。平時(shí)要制定好應(yīng)急預(yù)案，經(jīng)常開(kāi)展事故演習(xí)，有針對(duì)性對(duì)班組員工進(jìn)行事故點(diǎn)預(yù)測(cè)、查找技巧、處理方法進(jìn)行訓(xùn)練。每次處理完事故后，要做好總結(jié)、積累經(jīng)驗(yàn)，從而提高員工的作戰(zhàn)能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力，這樣在事故發(fā)生時(shí)，就一定能夠發(fā)揮每個(gè)員工的作用，事故查找的速度會(huì)越來(lái)越快。
　　6.結(jié)束語(yǔ)
　　綜上所述，在集電線路的故障查找問(wèn)題上我們需要按步就班，不能草率從事，應(yīng)認(rèn)真、冷靜的分析故障的類(lèi)型和性質(zhì)，正確應(yīng)用查找方法和儀器，多積累故障查找經(jīng)驗(yàn)。迅速、準(zhǔn)確地確定集電線路的故障點(diǎn)， 不僅能提高電力可靠性， 還可以減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電損失。