高壓交聯(lián)聚乙烯電纜外護(hù)套故障測(cè)尋方法

    交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜以其優(yōu)越的電氣性能、良好的熱性能和機(jī)械性能及
便于敷設(shè)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，我國(guó)XLPE電纜的用量及電壓等級(jí)正在逐年
上升，但因有的電纜敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境極其惡劣，加上大規(guī)?；ㄩ_挖地面，因而容易造
成電纜絕緣護(hù)套破損現(xiàn)象。而電纜護(hù)套一旦破損，一方面會(huì)使電纜金屬套（或金屬屏
蔽層）形成接地回路，產(chǎn)生環(huán)流，從而使電纜金屬套發(fā)熱，降低電纜輸送容量；另一
方面由于破損處空氣及水分的侵入，會(huì)加速電纜金屬套腐蝕，而腐蝕處產(chǎn)生的電場(chǎng)集
中，易于產(chǎn)生局部放電和引發(fā)電樹枝，對(duì)電纜的短期運(yùn)行安全造成威脅；此外破損處
水分的侵入還會(huì)使主絕緣產(chǎn)生水樹老化的幾率增加，嚴(yán)重影響電纜壽命。因此對(duì)護(hù)套
破損處進(jìn)行及時(shí)定位和修補(bǔ)非常重要。
1.外護(hù)套絕緣故障的預(yù)定位法
    由于電纜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其外護(hù)套故障不能采用回波反射法原理進(jìn)行預(yù)定位，
因此電纜外護(hù)套絕緣破損后，可先用電橋法或壓降比較法來進(jìn)行預(yù)定位。
1.1 直流電橋法
    圖1為直流電橋法預(yù)定位原理圖。圖中：R1為電橋的標(biāo)準(zhǔn)電阻，L為電纜長(zhǎng)度，x為測(cè)量處與故障點(diǎn)的距離。設(shè)單位長(zhǎng)度
電纜金屬層電阻為R0，調(diào)節(jié)電阻R2使檢流計(jì)指示為0，此時(shí)電橋平衡，有：
[ L +（L－x）] R0 / x R0 = R1 / R2                                     
（1）
解得：x = 2L / （1 + R1 / R2 ）                                      
（2）
    電橋法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、使用方便；其缺點(diǎn)是需要知道電纜的準(zhǔn)確長(zhǎng)度等原始技術(shù)資料。另外，由于電纜的金屬屏蔽
層單位長(zhǎng)度電阻R0 較小，一般為0.01～0.1Ω/km，與接觸電阻相近，因此接觸電阻的大小對(duì)故障距離的測(cè)量精度有很大影響，
測(cè)量時(shí)應(yīng)采取措施以減小接觸電阻，從而提高測(cè)量精度。
1.2壓降比較法
    壓降比較法原理如圖2，當(dāng)測(cè)量開關(guān)打在“1”時(shí)，調(diào)節(jié)電壓源En，由電流表讀取電流值I，由電壓表讀取電壓值U1。設(shè)
單位長(zhǎng)度電纜金屬層電阻為R0 ，由測(cè)量電路可知，電壓值U1只與回路電阻x R0 有關(guān)，即得：
U1 = I R0
x                                                       
（3）
同理，當(dāng)開關(guān)打在“2”時(shí)，調(diào)節(jié)電壓源En，使電流表電流仍為I，由電壓表獲得電壓值U2。U2只與回路電阻（L － x ）R0 有
關(guān)，即：
U2 = I R0 （L － x）                                         （4）
聯(lián)立式（3）與（4），并消去I R0 ，即得故障點(diǎn)距離：
     x = LU1 /（U1 + U
2）                                            （5）
    應(yīng)當(dāng)注意，壓降比較法適用于外護(hù)套只有1個(gè)故障點(diǎn)時(shí)的情況，否則所得結(jié)果是多個(gè)故障點(diǎn)的平均值；另外，用壓降比
較法進(jìn)行預(yù)定位時(shí)，需用絕緣完好的導(dǎo)線作為通路，
2.破損點(diǎn)的精確定位
    破損點(diǎn)精確定位主要有直流沖擊法、跨步電壓法和音頻法等，其定位原理相似，都是在電纜端部金屬屏蔽層接入信號(hào)源
（如高壓脈沖放電源、音頻信號(hào)源等），然后通過探測(cè)在故障處的多頻譜放電信號(hào)來對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。
2.1直流沖擊法
   直流沖擊法是比較原始的方法，其定位原理如圖3。首先利用球隙放電產(chǎn)生脈沖電壓，該電壓在護(hù)套絕緣破損處產(chǎn)生多頻
譜放電電流、聲、光及磁場(chǎng)等放電信號(hào)，然后通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)放電信號(hào)來對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。該方法的特點(diǎn)是試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)
單、操作方便，主要適用于新敷設(shè)的電纜，特別適用于尚未填埋的電纜，這時(shí)利用裸耳即能聽到故障點(diǎn)放電聲，在深夜效果更
明顯。但由于此法的沖擊電壓及能量較高，長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí)對(duì)電纜金屬護(hù)套及外護(hù)套都有破壞性，且會(huì)將正常運(yùn)行時(shí)不必處理的
薄弱點(diǎn)擊穿擴(kuò)大為故障點(diǎn)，因此對(duì)已投運(yùn)的高壓電纜不提倡使用此法。
2.2跨步電壓法
跨步電壓法是目前應(yīng)用最為廣泛且非常有效的高精度定位方法，其基本裝備為一高壓系列脈沖發(fā)生器和一套帶有探針的電位
差計(jì)或毫伏表。其原理如圖4（a），在電纜金屬套與地之間施加一高壓脈沖電流，用電位差計(jì)沿電纜路徑探測(cè)，根據(jù)不同的情
況，可分別采用以下2種檢測(cè)方法。
（1）當(dāng)知道電纜走向時(shí)，可用探針沿電纜方向探測(cè)，在故障點(diǎn)附近時(shí)，電位差迅速增加，在故障點(diǎn)前達(dá)到最大值；在故障點(diǎn)
正上方，電位差為零；過故障點(diǎn)后，指針反偏且又達(dá)最大值，其電位差計(jì)沿電纜走向的電位差值分布如圖4（a）。根據(jù)電位差
值的這些特征就可對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位。
（2）當(dāng)受電纜長(zhǎng)度方向的地面情況限制不易測(cè)量時(shí)，可利用放電電流在故障點(diǎn)上方環(huán)形發(fā)散的特點(diǎn)來定位，電位方法如圖4
（b），在不同方向分別尋找2個(gè)等電位點(diǎn)，然后找出2組等電位點(diǎn)的垂直平分線的交點(diǎn)，即為故障點(diǎn)。此法在故障較嚴(yán)重時(shí)使
用效果較好。
跨步電壓法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、易操作、抗干擾好、破壞性少、定點(diǎn)直觀準(zhǔn)確，適用于敷設(shè)于泥土地面內(nèi)的電纜。其不足之
處有：（1）易受地下金屬管線（如水管、天然氣管等電位體）的干擾，特別在變電站或電纜接頭井周圍的干擾更為嚴(yán)重；
（2）在干燥地面或馬路上接受信號(hào)很弱，需采取措施，否則可能很難測(cè)到信號(hào)。
2.3音頻定位法
當(dāng)?shù)孛娓稍?、水泥路面無法感應(yīng)信號(hào)時(shí)，可采用音頻法對(duì)電纜護(hù)套故障點(diǎn)進(jìn)行定位。其原理如圖5。將音頻信號(hào)發(fā)生器一端
與金屬套連接，另一端通過地釬接地，將步進(jìn)電壓探頭接在音頻接收器上，沿電纜長(zhǎng)度方向移動(dòng)探頭，在故障點(diǎn)附近將會(huì)收到
很強(qiáng)的信號(hào)，而在故障點(diǎn)處接收到音頻信號(hào)最弱，根據(jù)此特點(diǎn)，即可找到故障點(diǎn)。
此方法的優(yōu)點(diǎn)是所用電壓不高，但判別故障點(diǎn)方向時(shí)不如跨步電壓法直觀，實(shí)際應(yīng)用時(shí)也會(huì)受金屬管道干擾。
3.結(jié)束語
綜上所述，對(duì)于高壓XLPE電纜外護(hù)套的絕緣故障，可分兩步進(jìn)行檢測(cè)：先用電橋法或壓降比較法進(jìn)行定位；然后根據(jù)不同
情況，采取不同方法進(jìn)行精確定位，對(duì)于未回填新敷設(shè)電纜的外護(hù)套故障，可用直流沖擊法進(jìn)行精確定位；對(duì)于已回填電纜和
舊電纜，可采用跨步電壓法和音頻法進(jìn)行定位。