探博士 | 10kV电缆主绝缘三相短路接地故障案例
10kV电缆主绝缘三相短路接地故障案例
关键词：无有效波形、无放电声音、故障分段、跨步电压
难易程度：★★☆
一、测试前准备
二、测试过程
第一步：判断故障性质
使用2500V兆欧表，测试电缆A、B、C三相绝缘阻值，并判断故障性质如下；可以看到三相绝缘阻值都很低，接近低阻。
第二步：故障预定位
1.使用低压脉冲法测试电缆全长波形如下图1所示，测得全长为5348m，没有低阻波形；
图1 低压脉冲全长波形图
2.再使用脉冲电流法对三相进行测试，均为无效波形，没有规律，如下图2所示；
图2 无效脉冲电流波形
3.电桥测试需要末端两相短接，需要相对完好相辅助测试，该电缆均不满足测试要求，无法使用电桥测试故障距离；
第三步：电缆路径查找
电缆沿着马路穿管敷设敷设，沿途一定位置均有电缆井，路径信息清楚，无需查找，路径简图如下图3所示。
图3 路径简图
第四步：故障精确定点
- 因常规方法无法测试故障距离，全线电缆井附近放电也没有声音，决定使用分段排除定位的方法先缩小故障区域，已知电缆路面排管敷设，每隔约100m均存在电缆井；
- 更换发射源使用HC-10发射机对故障电缆线芯输出脉冲电压，使故障点对地产生持续泄露电流，将探测传感器连接接收机后放置在电缆表面，感应故障电流产生的磁场，观察接收机电流变化，故障点前有规律信号，电流较大，故障点后无信号，电流几乎为零，测试原理图如下；
图4 分段定位测试原理图
3.前往远端测试前，首先在近端测试进行参考，近端已知电缆本体位置，将探测传感器放置在电缆本体，观察接收机显示，测试电流为88mA，如下图5所示；
图5 近端接收机信号显示
4.由于测试电缆井很多，考虑到测试的效率，决定每隔1km探测一次，有信号，则故障点在后方，无信号则已走过故障点，将故障点定位在1km之内后再缩小范围，直至到两个井之间，首先在距离测试端1km位置打开电缆井进行测试，如下图6所示，接收机信号电流为80mA，与近端大小基本相近，判断故障点在后方，继续向前；
图6 1km位置接受机显示
5.来到距离测试端2km位置，测得接收机电流为43mA，如下图7所示，虽然接受电流明显下降，但仍有显示，说明该位置后方，电缆仍有泄露，怀疑故障点仍在后方，决定前往3km位置进行探测确认；
图7 2km位置接收机显示
6.距离测试端3km位置测试结果如下图8所示，接收机电流为23mA，信号再次发生衰减，决定再往后，前往4km，及5km末端继续探测；
图8 3km位置接收机显示
7.4km及5km末端探测后发现，接收机电流显示一直在23mA左右，此时探测位置已经来到变电站门口电缆井，此处仍有信号有两种原因导致，一是故障点就在变电站内，二是故障点在前方，脉冲源对线芯输出，在故障点位置不仅对地泄露，也对电缆铠装屏蔽层泄露，因为末端变电站电缆铠装屏蔽始终保持接地，因此信号会一路传输到末端，但末端无法进入，无法验证，此时怀疑第二种可能性更大，决定进行验证；
8.从上述可知，23mA电流的产生是因为末端铠装接地导致，故障点应该在23mA电流出现之前的位置，因为2km位置探测电流为43mA，3km位置第一次探测出23mA，怀疑故障点在2km-3km之间；
9.然后打开2km-3km之间的所有电缆井再次探测，发现探测电流始终为23mA，怀疑故障点在2km-2.1km，此时中间已无电缆井，无法继续使用探测传感器；
10.考虑到1km位置信号电流值为80mA，2km位置信号电流值为43mA，决定在2km之前的电缆井（约1.9km位置）再次探测确认下，发现信号电流值为80mA，最终发现信号在1.9km位置之前均为80mA左右，未发生衰减，2km位置变为43mA，2.1km位置变为23mA，即故障点一定在1.9km-2.1km的区域内，此处存在三个电缆井，中间电缆排管，根据信号变化，更加怀疑故障点在1.9km-2km之间，此区段信号刚刚发生突变衰减（80mA-43mA），后续变化可能是信号衰减；
11.因此重点在1.9km-2km之间的位置进行排查，根据现场工作人员反馈，此处之前发生过故障，挖开后重做接头，路面也已经恢复，但仍有开挖的痕迹，如下图9所示，此处也加压听过声音，没有任何反应；
图9 上次故障开挖位置
12.因该电缆三相绝缘电阻均在400Ω左右，即发生较为严重的接地，此处电缆除了开挖位置均是穿管，管内故障一般接地阻值不会太低，怀疑故障点不在管内，而是仍在此开挖位置，因电缆埋深较深且接地严重近似死接，加压无法听到声音；
13.因此处并非完全水泥路面，存在开挖回填痕迹，回填位置路面有缝隙，且测试当天有雨，判断可以使用跨步电压法进行定点，仍然使用HC-10发射源输出，将接收机连接黑红两接地钢钎，将钢钎插入此处地面缝隙内，如下图10所示；
图10 跨步电压钢钎插入地面位置
14.观察接收机显示，发现此处存在明显电压信号，如下图11所示，判断故障点就在此处附件，且靠近红色钢钎；
图11 故障点附近接受机显示（靠近红色钢钎）
15.将两钢钎向红色钢钎方向移动，再次观察接收机显示，如下图12所示，判断此时故障点靠近黑色钢钎，最终成功定位故障点，并非是上次找到的故障点，而在上次开挖位置附近。
图12 故障点附近接受机显示（靠近黑色钢钎）
三、测试总结
- HC-10配合方向传感器可进行区段定位，配合接地钢钎可进行跨步电压；但方向传感器务必要贴在电缆表面，因此只能在电缆井内进行判断；跨步电压法要求钢钎要能插入地面，一般雨雪天气要求较低；
- 若此处电缆全部穿管，也可使用跨步电压法，在管口位置将一根钢钎保持接地零电位，另一钢钎连接穿管器，向管内延伸，观察接收机电压变化，出现电压即说明靠近故障点，电压最大位置即为故障点位置；
- 使用HC-10区段定位时务必拆除对端电缆铠装接地；
- 该探测传感器有点类似钳形电流表作用，与脉冲发生器配套使用，部分可以发出音频信号的路径仪或识别仪或许也能使用，故障点前后接收信号大小存在区别。
四、故障原因分析
电缆老化严重，曾多次发生故障，怀疑此处是上次开挖施工碰到电缆，加上电缆本身老化严重导致故障发生。
五、电缆运维检修建议
开挖后切除故障重做接头，接头制作前进行绝缘测试，接头制作完毕后严格进行耐压试验。