電力傳輸是電力供應(yīng)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，而近幾年來(lái)，由于基礎(chǔ)建設(shè)的加快和安全供電的需要，地埋電力電纜越來(lái)越多地在廣大城鄉(xiāng)和工礦企業(yè)電力設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。但由于電纜埋入地下，且線路較長(zhǎng)，所以當(dāng)電纜發(fā)生故障而影響正常供電時(shí)會(huì)給故障點(diǎn)的查找?guī)?lái)一定的困難。若無(wú)KJTS-II礦用電纜探傷儀，單靠人工查找電纜故障點(diǎn)，則不僅浪費(fèi)人力、物力，而且會(huì)造成難以估量的停電損失。因而，電力電纜的故障測(cè)試成為多年來(lái)困擾供電部門正常供電的重要問(wèn)題之一。近幾年，電力電纜故障的測(cè)試技術(shù)有了較大發(fā)展，出現(xiàn)了故障測(cè)距的脈沖電流法，路徑探測(cè)的脈沖磁場(chǎng)法及利用聲音與磁場(chǎng)信號(hào)差進(jìn)行故障定點(diǎn)的聲磁同步法。本文采用電橋法，就電纜探傷儀的測(cè)試原理，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析。

電力電纜的性質(zhì)、發(fā)生故障的原因及故障分類

(1)電力電纜的性質(zhì)。電纜絕緣芯線之間、絕緣芯線與護(hù)套或屏蔽層之間都是相互絕緣的。

(2)電力電纜發(fā)生故障的原因。 ① 機(jī)械損傷，電纜直接受外力損傷，如振動(dòng)、熱漲冷縮等引起鉛護(hù)套損壞等； ② 絕緣受潮，因終端頭或連接盒施工不當(dāng)使水分侵入； ③ 絕緣老化； ④ 護(hù)層腐蝕； ⑤ 過(guò)壓、雷擊或其他過(guò)壓使電纜擊穿； ⑥ 過(guò)熱，過(guò)載或散熱不良，使電纜絕緣擊穿； ⑦ 材料本身缺陷。

(3) 電力電纜故障分類 ( 根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況分 ) 。 ① 開路故障； ② 高阻故障； ③ 低阻故障； ④ 閃絡(luò)故障。

2 礦用電纜探傷儀的測(cè)試原理

2．1電橋法的基本原理

當(dāng)電橋接通電源之后，調(diào)節(jié)橋臂電阻．使 b 、 d2 個(gè)頂點(diǎn)的電位相等，即檢流計(jì) (G) 兩端的電壓為 0 ，則通過(guò)檢流計(jì) (G) 的電流 I g = 0 ，這時(shí)電橋平衡。由圖 1 可以得到如下關(guān)系：

U ad = U ab , 即 I a R 1 = I b R 3 , （ 1 ）

U bc = U dc , 即 I c R 2 = I d R 4 , （ 2 ）

由于 I g = 0 ，根據(jù)基爾霍夫定律，可得 I a = I c , I b = I d , 代入式 (1) 、 (2) ，并將兩式相除，可得：

R 1 /R 2 = R 3 /R 4 ，即 R 1 ?R 4 = R 2 ?R 3

因此，在由 4 個(gè)電阻組成的橋式電路處于平衡狀態(tài)時(shí)，相對(duì)兩個(gè)電阻的乘積相等，若其中任何 3 個(gè)電阻為已知值，則可求得第 4 個(gè)電阻值。

2．2電纜芯線對(duì)地(或相間)電容的測(cè)量（測(cè)量范圍見表1）

表 1  KJTS-II礦用電纜探傷儀可測(cè)量電容范圍

范 圍 最小分辨率（ % ） 測(cè)量誤差 備 注

0 ～ 1000pF 3 10%±10 pF （ 1 ）需扣除零電容（寄于橋路測(cè)量原理結(jié)構(gòu)，對(duì)象所造成零電容較大）；

（ 2 ）橋體兩端開路時(shí)，零電容小于 250 pF 。

0 ～ 10000pF 0.5 1.5%

0 ～ 0.1F 0.5 1.5%

0 ～ 1F 0.5 1.5%

0 ～ 10F 3 10%

接上 220V 電源，插入耳機(jī)，開啟電源即可聽到 1000Hz 的音頻信號(hào)，反復(fù)調(diào)節(jié) R k 、 R H1 ，直至耳機(jī)中無(wú)聲音為止，此時(shí)電橋平衡，則有：

C X 為 = C X ?(R k / R b )

2. 3 電纜芯線開路故障點(diǎn)測(cè)量（測(cè)量誤差見表 2 ）

表 2 開路故障時(shí)，不同電纜芯線對(duì)地（或相間）電容及KLTS-III礦用 電纜探傷儀對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的誤差

電纜芯線對(duì)地（或相間）電容 測(cè)量誤差 備 注

1000 ～ 10000pF 2%±1

(1)斷線處不可對(duì)地短路；

(2)電纜為同種規(guī)格。

10000 pF ～ 0.1F 2%±1

0.1 ～ 1F 2%±1    

1 ～ 10F 2%±1

同種規(guī)格電纜芯線對(duì)地電容與長(zhǎng)度成正比，礦用電纜探傷儀采用交流差動(dòng)電橋法測(cè)量?jī)上嚯娎|對(duì)地電容比值，從而確定故障點(diǎn)。

R k 是由 1 個(gè)十進(jìn)制電阻盤和 1 個(gè)滑線電阻器組成的可變電阻； A 是故障電纜開路相的一端； B 是故障電纜完好相的一端。

當(dāng)電橋平衡時(shí)， R k ∶ （ 1DR k ） = C x / (C L + C y ) = L x ∶(2LDL x ), 所以 L x = R k ?2L 已知 。

2.4 電纜芯線接地故障點(diǎn)測(cè)量（測(cè)量誤差見表 3 ）

表 3 電纜探傷儀對(duì)電纜芯線地租故障時(shí)的測(cè)量誤差及范圍

電纜芯線回路電阻 故障芯線對(duì)地故障 R E （可測(cè)范圍） / kΩ 測(cè)量誤差 /m 備 注

1Ω ～ 10 kΩ ≤100 1%±1 （ 1 ） R E 為 600V 情況下測(cè)量；

   （ 2 ）電纜為同種規(guī)格。

0.1 ～ 1Ω ≤10 1%±1

同種規(guī)格的電纜芯線的電阻與長(zhǎng)度成正比 ( 電纜電阻值見表 4) ，利用電橋法原理測(cè)出故障點(diǎn)兩邊電纜芯線電阻之比，也就測(cè)出了長(zhǎng)度之比，從而確定故障點(diǎn)。

表 4 聚氯乙烯絕緣電纜（ PVC 塑力纜）的參考電阻值

截面 /mm 2

分類 3×25

+1×10 3×35

+1×10 3×50

+1×16 3×70

+1×35 3×95

+1×35 3×120

+1×35 3×150

+1×50 3×185

+1×50

銅芯 20℃ 電阻（ Ω/km ） 0.74 0.53 0.37 0.25 0.19 0.15 0.12 0.1

允許載流量（ A ） 94 119 149 184 226 260 301 345

鋁芯 20℃ 電阻（ Ω/km ） 1.24 0.89 0.62 0.44 0.33 0.29 0.21 0.17

允許載流量（ A ） 73 92 115 141 174 201 231 266

當(dāng)電橋平衡時(shí)， R k ∶ （ 1DR k ） = L x ∶(2LDL x ), 所以， L x = R k ?2L 已知，即為故障點(diǎn)距離。

3 實(shí)踐3例

現(xiàn)就近兩年的電纜故障定位舉 3 個(gè)實(shí)例。

(1)2004 年 5 月，某單位 l# 變電所至電石廠循環(huán)水的低壓電力電纜發(fā)生故障，該電纜為 PVC 塑力銅芯纜 (3 x 150+1×50) ，全長(zhǎng)約 180m ，我們用 500V 低壓兆歐表對(duì)電纜三相進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試： A 相對(duì)地為 30MΩ ， B 相對(duì)地為 0 ， C 相對(duì)地為 40MΩ ，零線對(duì)地為 0 ；再用萬(wàn)用表對(duì) B 相、零線進(jìn)行測(cè)量， B 相與地之間電阻 500Ω ，零線與地之間電阻 20Ω 。初步判斷： B 相為低阻接地，且零線已接地， A 、 C 相完好。我們當(dāng)即用 QFl-A 型電纜探傷儀在電源端 (1# 變電所 ) 測(cè)試該故障電纜，測(cè)試結(jié)果為： R k = 0.444 ，又知 L 已知 =180m ， 由公式 L x = R k ?2L 已知 得：電源端離故障點(diǎn)的距離 L x = 0.444×2×180=159.84m 。

因此，可斷定故障點(diǎn)距離 1# 變電所 159.84m ，此故障點(diǎn)正是一間維修房室內(nèi)的墻腳邊，破開水泥地板后證實(shí)：電纜 B 相和零線的絕緣層已被白蟻咬傷，電纜芯線因受潮引起短路燒壞絕緣，鋸掉故障電纜，進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，電纜絕緣全部合格 (B 相對(duì)地絕緣 50MΩ) 。最后實(shí)測(cè)得知：電源端離故障點(diǎn)的實(shí)際距離為 160.5m ，誤差僅為 +0.66m 。

(2)2004 年 8 月，某單位生活區(qū)商住樓 ( 電源側(cè) ) 至市場(chǎng) ( 負(fù)荷側(cè) ) 的一根 PVC 塑力銅芯纜 (3×35+1×10) 發(fā)生故障，電纜全長(zhǎng)約 268m 。測(cè)量電纜的絕緣電阻： A 相對(duì)地 15MΩ ， B 相對(duì)地 10MΩ ， C 相對(duì)地 0 ，零線對(duì)地 10MΩ ；進(jìn)一步用萬(wàn)用表測(cè)量： C 相與地之間的電阻值為 200Ω ，據(jù)此可推測(cè) C 相對(duì)地短路。

我們?cè)谪?fù)荷側(cè)測(cè)試，探傷儀的讀數(shù)為： R k = 0.003 ，又知 L 已知 = 268m ，由公式 L x = R k ?2L 已知得：負(fù)荷側(cè)離故障點(diǎn)的距離 L x = 0.003×2×268 = 1.608m 。因此，可確定該電纜的故障點(diǎn)在距負(fù)荷側(cè) 1.608m 處，故障原因：老鼠長(zhǎng)期在電纜頭附近做窩，咬傷電纜絕緣后，其尿液導(dǎo)致電纜發(fā)生短路故障。

(3)2004 年 8 月 26 日，某水泥廠二變至液化氣站電源電纜 (PVC 塑力銅芯纜 3×35+1×10 ，全長(zhǎng)約 300m) 發(fā)生故障，致使液化氣站全部停電，經(jīng)測(cè)量，該故障電纜的絕緣電阻為：零線對(duì)地 30MΩ ， A 相對(duì)對(duì)地 0 ， B 相對(duì)地 15MΩ ， C 相對(duì)地 1.5MΩ ； B 相對(duì) A 相 155MΩ ， B 相對(duì) C 相 15MΩ 。液化氣站負(fù)荷雖?。荒荛L(zhǎng)時(shí)間停電，因此，經(jīng)研究決定，將零線作為 A 相暫時(shí)使用， B 、 C 相不變，將已接地的原 A 相 ( 黃色 ) 作為零線 ( 該公司生產(chǎn)區(qū)的低壓系統(tǒng)是保護(hù)接零的 ) 使用，供電運(yùn)行一天后， A 、 C 相發(fā)生開路故障，其絕緣電阻為 15MΩ 。因此，我們采用交流差動(dòng)電橋法測(cè)量 C 相和 B 相對(duì)地電容比值，測(cè)試方法如圖 3 ，在水泥廠二變端，探傷儀的測(cè)量值為 R k =0.273 ，又知 L 已知 =300m ，由公式 L x = R k ?2L 已知 ，可得 L x = 0.273×2×300=163.8m ，據(jù)此推算，電纜的故障點(diǎn)正是在一條馬路邊，挖出故障點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)電纜過(guò)馬路時(shí)末穿管，被外力 ( 車輛 ) 壓傷。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1) 在電力電纜的絕緣故障測(cè)試中，不僅要有先進(jìn)可靠的儀器設(shè)備和正確的測(cè)試方法，更重要的是經(jīng)驗(yàn)積累和掌握科學(xué)的理論知識(shí)。

(2) 在礦用電纜探傷儀探測(cè)故障電纜前，如能提供故障電纜的基礎(chǔ)資料 ( 長(zhǎng)度，路徑、中間接頭等 ) ，特別是電纜長(zhǎng)度 (L 已知越接近真實(shí)，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確 ) ，則可提高探測(cè)故障的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、減少工作強(qiáng)度。

(3) 當(dāng)電纜為高阻接地時(shí)，可先對(duì)電纜故障芯線施加高壓 ( 一般在額定試驗(yàn)電壓范圍內(nèi) ) ，使其故障擴(kuò)大、對(duì)地?fù)舸┏蔀榈妥杞拥?，便于測(cè)試。

(4) 電橋法的缺陷是：不能測(cè)試閃絡(luò)性故障的電纜，這種情況應(yīng)采用沖擊高壓閃絡(luò)法進(jìn)行測(cè)試。