電力電纜試驗 電纜線路的薄弱環(huán)節(jié)是終端頭和中間接頭，往 往由于設(shè)計不良或制作工藝、材料不當而帶有缺 陷。有的缺陷可在施工過程和驗收試驗中檢出， 更多的是在運行中逐漸發(fā)展、劣化直至暴露。除 電纜頭外，電纜本身也會發(fā)生一些故障，如機械 損傷、鉛包腐蝕、過熱老化及偶爾有制造缺陷等。 所以，盡管電纜線路的可靠性比架空線路高，但 故障仍是很多，而且情況還較為復(fù)雜，埋設(shè)在地 下帶來了尋找和處理故障的困難。因此，要根據(jù) 具體情況分析判斷。新敷設(shè)電纜時，也要在敷設(shè) 過程中配合試驗，如有故障也便于判斷故障究竟 是在電纜頭還是電纜本身。 第一節(jié) 絕緣試驗 一、測量絕緣電阻 從電纜絕緣電阻的數(shù)值可初步判斷電纜絕緣是否受潮、 老化，并可檢查由耐壓試驗檢出的缺陷的性質(zhì)，所以，耐 壓前后均應(yīng)測量絕緣電阻。測量時，額定電壓為 1kV及以 上的電纜應(yīng)使用 2500 V兆歐表進行；運行中的電纜要充分 放電，拆除一切對外連線，并用清潔干燥的布擦凈電纜頭， 逐相測量。由于電纜電容很大，操作時兆歐表的搖動速度 要均勻。測量完畢后，應(yīng)先斷開兆歐表與電纜的連接再停 止搖動，以免電容電流對兆歐表反沖充電；每次測量后都 要充分放電，操作應(yīng)采用絕緣工具，以防止電擊。為了測 得準確，應(yīng)在纜芯端部絕緣上或套管端都裝屏蔽環(huán)并接往 兆歐表的屏蔽端子。此外，當電纜較長充電電流較大時， 兆歐表開始時指示數(shù)值很小，如使用手動兆歐表，則應(yīng)繼 續(xù)搖動。短電纜的讀數(shù)很快就趨于一穩(wěn)定值，而長電纜一 般均取 15s和 60s的讀數(shù) R15和 R60。 運行中的電纜，其絕緣電阻應(yīng)從各次試驗數(shù)值的變化規(guī)律 及相間的相互比較來綜合判斷，其相間不平衡系數(shù)一般不 大于 2 2.5。 電纜絕緣電阻的數(shù)值隨電纜的溫度和長度而變化。為便于 比較，應(yīng)換算為 20 時每千米長的數(shù)值，即 式中 Ri20 電纜在 20 時的單位絕緣電阻（ Mkm） Rit 電纜長度為 l，在 t 時的絕緣電阻（ M） l 電纜長度（ km） K 溫度系數(shù)，見表 17-10 klRR iti 20 停止運行時間較長的地下電纜可以土壤溫度為 準，運行不久的應(yīng)測量導(dǎo)體直流電阻后計算纜芯 溫度。良好電纜的絕緣電阻值通常很高。其最低 值按制造廠規(guī)定：新的交聯(lián)聚乙烯電纜，每一纜 芯對外皮的絕緣電阻（ 20 時每于米的數(shù)值）， 額定電壓 6kV的應(yīng)不小于 1000M；額定電壓 10kV應(yīng)不小于 1200M；額定電壓 35kV的應(yīng)不小 于 3000M。 對于橡塑絕緣電纜 (主要指交聯(lián)聚乙烯電纜 )， 除測量芯線絕緣電阻外，還要測量鋼愷甲對地的 絕緣電阻及銅屏蔽對鋼愷甲的絕緣電阻，以確定 外、內(nèi)護套有無損傷，判斷絕緣有無受潮的可能。 測量時通常用 500V兆歐表進行，當絕緣電阻低于 0.5M/km時，應(yīng)用萬用表正、反接線分別測屏蔽 層對愷裝、愷裝層對地的絕緣電阻，當兩次測得 的阻值相差較大時，表明外護套或內(nèi)襯層已破損 受潮。 二、直流耐壓和泄漏電流試驗 直流耐壓是運行部門檢查電纜抗電強度的常用方法，直流 耐壓對檢查絕緣中的氣泡、機械損傷等局部缺陷比較有效， 泄漏電流對反映絕緣老化、受潮比較靈敏。 電纜試驗中直流耐壓試驗的接線明應(yīng)注意的幾個問題。 1)微安表接在高壓端。 絕緣良好的電纜泄漏電流很小，一般在幾十微安以下，因 而設(shè)備及引線的雜散電流相對較大，影響顯著。此時如仍 將微安表接在低壓端測量，會有很大誤差。必須將微安表 接在高壓端測量，并注意屏蔽后才能獲得準確的結(jié)果。 2)兩端頭屏蔽。 電壓為 35kV及以上的電纜，由于試驗電壓高，通過試品 表面及周圍空間的泄漏電流相當大，所以兩端的終端頭均 應(yīng)屏蔽，如圖 17-l所示。但實際上電纜較長時不易實現(xiàn)， 故往往采用圖 17-2的屏蔽方式；這種方式的缺點是每相承 受兩次電壓，而且測得的是被試相對外皮及另一相纜芯的 泄漏電流數(shù)值，故并不妥當。另一種屏蔽法如圖 17-3所示， 這時電源端采取屏蔽將表面和空間的雜散泄漏電流排除， 另一端的雜散泄漏電流 I2流經(jīng)微安表 PA2。于是，試品的 泄漏電流 Ix可由微安表 PA1的讀數(shù) I1減去 I2而得。 3)在高壓側(cè)直接測量電壓。 如電纜太長電容量較大時，雜散電流的影響較大， 在低壓側(cè)的表計將不能反應(yīng)高壓側(cè)的實際電壓， 故此時電壓的測量應(yīng)在高壓側(cè)直接進行。 4)試驗電壓太高時需用倍壓裝置。 35kV及以上電壓等級電纜的試驗需要的試驗電壓 很高，用單級直流裝置常不能滿足要求，需采用 圖 17-4的倍壓回路。電源電壓正半波時，整流管 V1導(dǎo)通，電容 C充電到電源電壓最大值；負半周 時， V2導(dǎo)通，電源電壓與 C上的電壓加在一起向 被試品電容充電。理想情況下應(yīng)達到兩倍電源電 壓最大值。實際上，被試品和試驗設(shè)備都有泄漏， 因此最后只能達到充電與放電相平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。 近年來，橡塑絕緣特別是交聯(lián)聚乙烯電纜，因其 具有優(yōu)異的性能，得到了迅速的發(fā)展。目前在中 低壓電壓等級中已基本取代了油浸紙絕緣電纜， 超高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜已發(fā)展至 500kV等級， 110kV 及 220kV交聯(lián)聚乙烯電纜正逐漸取代充油電纜。由于交聯(lián) 聚乙烯電纜材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的特點，所以盡管正式頒布的標準 中要求在交接試驗中做直流耐壓，但實際上有不少人認為 對交聯(lián)聚乙烯電纜不宜采用直流電壓試驗。 其基本觀點是： 直流電壓試驗過程中在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜及附件中會 形成空間電荷，對絕緣有積累效應(yīng)，加速絕緣老化，縮短 使用壽命。 直流電壓下絕緣電場分布與實際運行電壓下不同，前者 按電阻率分布而后者按介電常數(shù)分布，因此，直流試驗合 格的交聯(lián)聚乙烯電纜，投人運行后，在正常工作電壓作用 下也會發(fā)生絕緣事故。 國內(nèi)外一些運行經(jīng)驗也表明，采用直流電壓試驗不能有效 地檢出交聯(lián)聚乙烯電纜及附件的缺陷。因此，有人建議除 了對交聯(lián)聚乙烯電纜金屬外護套采用 10kV、 1min直流試 驗外，對電纜主絕緣可采用交流電壓試驗。如用串聯(lián)諧振 法或 0.1Hz超低頻來進行試驗。 第二節(jié) 故障探測 一、故障性質(zhì)的確定 隨著電纜線路的增多，電纜故障對供電可靠性的影響日 益增大，因而迅速準確地探測故障點的位置對保證故障電 纜的及時修復(fù)有著重要意義。 電纜故障的探測方法取決于故障的性質(zhì)，因此探測工作 的第一步就是判明故障性質(zhì)。電纜故障大致可分兩類： 第一類，因纜芯之間或纜芯對外皮間的絕緣破壞，形成短 路、接地或閃絡(luò)擊穿； 第二類，因纜芯的連續(xù)性受到破壞，形成斷線和不完全斷 線。 有時也發(fā)生兼有兩種情況的混合式故障。但通常以第一 類故障為多。判斷故障性質(zhì)的方法可采用兆歐表進行，先 在一端測量電纜各芯間和芯對地的絕緣電阻，再將另一端 短路測量有無斷線。由所測數(shù)據(jù)不難分析判斷故障性質(zhì)。 二、測量故障點的距離 電纜故障的性質(zhì)確定后，要根據(jù)不同的故障，選擇適當 方法測定從電纜一端到故障點的距離，這就是故障測距。 由于各種儀表都只能達到一定的精度，加上敷設(shè)路徑與丈 量路徑有出入等影響，測距所標定的故障位置與實際故障 點或多或少總有偏離，通常只能借以判斷出故障點可能的 地段，因此，上述的測距又稱為“粗測”。為找到確切的 故障點往往要配合其他手段進行“細測”，這就是故障定 點，常用的測距方法有直流電橋法和脈沖法兩種 (一 )直流電橋法 基于電纜沿線均勻，電線長度與纜芯電阻成正比的特點， 并根據(jù)惠斯登電橋的原理，可將電纜短路接地、故障點兩 側(cè)的環(huán)線電阻引入直流電橋；測量其比值。由測得的比值 和電纜全長，可獲得測量端到故障點的距離，如圖 17-6所 示。圖中 RL是電纜全長的單芯電阻， Rx是始端到故障點的 電阻。 電橋法有多種接線，普遍使用的是繆雷環(huán)線法。對低電阻 性接地用低壓繆雷環(huán)線法，電源電壓不超過 1kV；高電阻 性接地用高壓繆雷環(huán)線法，電壓可達數(shù)千甚至上萬伏。但 所謂低阻和高阻并沒有嚴格界線，而隨所用儀器的電源電 壓和檢測靈敏度而定。 普通的單臂和雙臂電橋，多外接數(shù)十伏到數(shù)百伏的直流電 源，以 2 3k作為劃分高阻和低阻的界線是適當?shù)?。?為這時恰能得到電橋測量所必需的 10 50mA的測量電流， 電橋足夠準確。當電阻大于 3k時，電橋靈敏度不夠，要 增大電流，方法是提高電壓和降低電阻。 1、單相接地故障的測量 用繆雷環(huán)線法測量單相接地故障的原理接線如圖 17-7所 示。將電橋的測量端子 x1和 x2分別接往故障纜芯和完好纜 芯，這兩芯的另一端用跨接線短接構(gòu)成環(huán)線。于是電橋本 身有兩臂 (比例臂 M和測量臂 R)；故障點兩側(cè)的纜芯環(huán)線電 阻構(gòu)成另兩臂。 當電橋平衡時，則有： 所以 式中 X 從測量端到故障點的距離（ m）； L 電纜長度（ m）； R 測量臂電阻（ ）； M 比例臂的電阻（ ）； r 電纜每米長度的電阻（ /m）。 2、兩相短路或短路接地的故障測量 兩相短路或短路并接地的故障測量方法與單相接地基本 相同。兩相短路時的測量電流不經(jīng)過地線成回路，而是經(jīng) 過相間故障點成回路。故障相纜芯接往電橋，其一相的末 端與完好相短路構(gòu)成環(huán)線，如圖 17-8 （ a）所示，接人電 橋 x1及 x2端子上，另一相與電池 E串接。 2M X r L X r R 2/X L R R M 當電橋平衡時 ， 同樣可由式 計算出到故障點的距離 x。 當兩相在不同點接地造成短路時 ， 如圖 17-8 （ b） 的所示 。 此時也可按圖 17-7的接線 ， 分別 測出它們的故障點 X及 X。 2/X L R R M 3、三相短路或短路并接地的故障測量 用電橋法測量三相短路或短路并接地的故障時，必須借助 于輔助線。如附近有完好的平行電纜線路，可用其一根芯 線作輔助線，在末端與故障纜芯任一相 (常取絕緣電阻最 低的一相 )短路構(gòu)成環(huán)線。測量方法與單相接地和兩相短 路的測法相同。如沒有平行線路，應(yīng)布設(shè)臨時線作輔助線， 接法見圖 17-9。臨時線可用低壓塑料二芯線，一芯與阻值 較大的 M橋臂相串聯(lián)，另一芯接到檢流計，這樣做測量誤 差小些。對臨時線的截面 也無嚴格要求，只需測出其電 阻值。接線時應(yīng)將臨時線的兩 線芯的另一端同時接往纜芯中 絕緣電阻最小的一相。不要在 兩線芯連好后再用短線接往纜 芯。因為這樣等于接長了電纜 面帶來誤差。 設(shè) r1為臨時線單邊的電阻值，當電橋平衡時，可得： 所以 式中 r1 臨時線單邊電阻值（ ）。 如果三根電纜芯不在同一點接地短路，同樣可用上述方 法，對每一根進行測量，找出它們的故障點。 4、高電阻的燒穿 用低壓電橋測量高阻性故障必須首先將高電阻燒穿為 低電阻，但實際上，并不容易把高阻燒成低阻。如果燒穿 電流太小，不能達到擴大炭化通道使電阻下降的目的；燒 穿電流太大，又可能使炭化通道溫度過高而遭到破壞，電 阻反而增高。所以，如何迅速有效地?zé)┕收宵c仍需繼續(xù) 研究。 1M r X L X R 1/X R L M r R 根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，多認為用高壓直流燒穿法比較合理有效， 其接線與直流耐壓相同。用直流燒穿法可避免無功電流， 僅供給流經(jīng)故障點的有功電流，從而大大減小試驗設(shè)備的 體積，適于現(xiàn)場應(yīng)用。燒穿開始時，在幾萬伏電壓下保持 幾毫安至幾十毫安電流，使故障電阻逐漸下降。此后，隨 電流的增加應(yīng)逐漸降低電壓，使在幾百伏電壓下保持幾安 電流。在整個燒穿過程中電流應(yīng)力求平穩(wěn)，緩緩增大。直 流燒穿法的接線與泄漏試驗相同，輸出電壓仍是負極性。 由于用直流燒穿法較泄漏試驗的電流大，限流水電阻不便 使用，可以將操作回路的過流保護調(diào)整滿足要求；要注意 的是試驗設(shè)備的容量要足夠大，否則易損壞。 當試驗設(shè)備容量較小時， 常采用直流沖擊法，其接線 如圖 17-10所示。 5、高壓直流電橋 對穩(wěn)定性的高阻接地故障，當采用高壓直流電橋測量時， 它仍應(yīng)用惠斯登電橋的原理，其接線如圖 17-11所示。只 是在結(jié)構(gòu)上采用了滑線電阻 R2 ，調(diào)節(jié)滑動點 C使電橋平衡， 因此又叫滑線電橋（圖中 R1為檢流計 P的分流器，是調(diào)節(jié) 靈敏度用的）。由于滑線電阻的總數(shù)值是固定的，可使其 為常數(shù)，從而簡化了計算，可由滑動點的位置直接得出到 故障點的距離占電纜線路全長的比例。 圖 17-11中電橋電阻 R2為 100等分的 3.5左右的滑線電阻。 當電橋在讀數(shù)為 C達到平衡時，另一橋臂也應(yīng)以（ 100 C） 等分。顯然有 經(jīng)簡化得 所以 式中 C 滑線電橋的讀數(shù)； L 電纜線路全長。 使用高壓直流電橋要注意安全，對非試驗相的纜芯也必 須接地，以防產(chǎn)生感應(yīng)高電壓。高壓直流電橋只適于測量 穩(wěn)定性接地故障，不適于電纜在高壓直流下內(nèi)部有放電的 情況。因為這時電流忽大忽小，間歇性增高，甚至內(nèi)部閃 絡(luò)擊穿使電流劇增，不但測量難以進行，還會損壞檢流計。 所以在圖 17-11中接人電流表 PA監(jiān)視電流，使測量電流穩(wěn) 定在 10 20mA。 / 1 0 0 2C C X L X / 1 0 0 / 2C X L 2 / 1 0 0X C L (二 )脈沖法 脈沖法的基本探測原理是將電纜認為均勻長線，應(yīng)用行 波理論進行分析研究，并通過觀測脈沖在電纜中往返所需 時間來計算到故障點距離。該方法能較好地解決高阻和閃 絡(luò)性故障的探測，而且不必過多地依賴電纜長度、截面等 原始資料，因而得到越來越多的應(yīng)用。 1、低壓脈沖反射法 低壓脈沖法是向故障電線發(fā)射低壓脈沖的測距方法，可 以用來探測斷線和低阻短路故障，其基本接線及波形如圖 17-12所示。 由探測器發(fā)出的脈沖將沿纜芯以波速 v傳播，當它到達 一個阻抗變化點 (如分支、接頭、故障點或終端 )時，便發(fā) 生反射。將發(fā)射脈沖和反射脈沖都送到示波器顯示，測量 發(fā)射脈沖和反射脈沖之間的時間間隔，并考慮到這是脈沖 在 X段線芯上往返一次的時間，則得 式中 v 脈沖波傳播速度 (m/s)； T x 脈沖波至故障點發(fā)射和反射往返時間（ s）。 波在電纜中的傳播速度 v，如同電纜的波阻抗一樣，是 由電纜線路的原始參數(shù)決定的。 低壓脈沖法不能測高阻性故障和閃絡(luò)性故障。 /2xX v T 2、高壓脈沖反射法 高壓脈沖法主要用來探測高阻性短路或接地故障及閃絡(luò) 性故障，這些故障通常發(fā)生在中間接頭或終端頭。高壓脈 沖法是一種無燒穿故障點的測距方法，應(yīng)用廣泛。目前使 用的試驗接線。記錄的是沖擊電壓波形。 三、定點 測距只能估計故障區(qū)段，實際工程中要求更精確地判定 故障地點以減少挖掘量。因此，在開挖前要先定點，即用 儀器在可疑地段尋測，確切判定故障的實際位置。測量的 絕對誤差應(yīng)不大于 1m。對長度僅為數(shù)十米的短電纜，可 不必初測而直接定點，且故障多在終端頭。即使長達數(shù)百 米的電纜，如需燒穿測距，也宜在燒穿前用聲測法測量定 點，以防電阻降得過低而破壞了聲測的條件。定點的方法 有許多種，包括聲測法、感應(yīng)法、等。 (一 )聲測法 聲測法靈敏可靠，較為常用，除接地電阻特別低（小于 50 ）的接地故障外，都能適用。聲測法的原理接線與高壓 脈沖反射法類似。當高壓電容器 C充電到一定電壓時，球 間隙擊穿，電容器電壓加在故障電纜上，使故障點與間隙 之間擊穿，產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻 振動。聲測法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，即電容器 儲藏的能量在故障點以聲能形式耗散的現(xiàn)象，在地表面用 聲波接收器探頭拾取震波，根據(jù)震波強弱判定故障點。 采用聲測法應(yīng)注意以下幾點： 被試電纜應(yīng)能承受所選的試驗電壓不致產(chǎn)生新的故障， 試驗設(shè)備應(yīng)有足夠容量，要有充分的裕度。 由于在放電瞬間有沖擊大電流從故障點流經(jīng)護層，使護 層電位瞬時抬高，因此除故障處放電外，有時在其他接地 點處也會有雜散和寄生的放電，應(yīng)注意分辨。 由于沖擊放電的大電流，流過主地網(wǎng)引起的電壓升高可 能危及與地網(wǎng)相連的其他設(shè)備，所以變壓器和電容器不但 應(yīng)可靠接地，而且要與電纜內(nèi)護層直接相連。 斷線和閃絡(luò)故障常發(fā)生在中間接頭中，因此，在用脈沖 法確定大致地段后，可用聲測法定點檢查中間接頭。 (二 )音頻電流感應(yīng)法 這一定點方法適于電阻較低的相間故障，包括兩相短路、 兩相短路并接地、三相短路及三相短路并接地。但通常不 能用于單相接地故障，因為電纜頭金屬護套一般均在兩端 接地，因此從信號發(fā)生器來的音頻電流在故障點分成兩邊 往回流，在接地點任一側(cè)的信號都不發(fā)生變化。 感應(yīng)法的原理主要基于電流的磁效應(yīng)，通過檢測電纜沿 線磁場的起伏變化規(guī)律來確定故障點。試驗時，在故障電 纜的兩芯間通人音頻電流，電流從一導(dǎo)體進，經(jīng)故障點從 另一導(dǎo)體返回。往返電流的磁效應(yīng)是趨于相互抵消的。但 由于線芯間有點距離，使兩電流的合成磁場得以存在并隨 著線芯的扭絞而扭變。在地面上用探測線圈和接收器可檢 測出合成磁場，并在沿線前進時收到的信號將隨線芯排列 的位置不同而起伏變化。此時如在故障點后音頻信號突然 中斷，則可確認故障點就在音頻信號中斷處。