電力傳輸是電力供應系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，而近幾年來，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)施中得到廣泛應用。但由于電纜埋入地下，且線路較長，所以當電纜發(fā)生故障而影響正常供電時會給故障點的查找?guī)硪欢ǖ睦щy。若無KJTS-II礦用電纜探傷儀，單靠人工查找電纜故障點，則不僅浪費人力、物力，而且會造成難以估量的停電損失。因而，電力電纜的故障測試成為多年來困擾供電部門正常供電的重要問題之一。近幾年，電力電纜故障的測試技術(shù)有了較大發(fā)展，出現(xiàn)了故障測距的脈沖電流法，路徑探測的脈沖磁場法及利用聲音與磁場信號差進行故障定點的聲磁同步法。本文采用電橋法，就電纜探傷儀的測試原理，并結(jié)合實例進行分析。

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 機械損傷，電纜直接受外力損傷，如振動、熱漲冷縮等引起鉛護套損壞等； ② 絕緣受潮，因終端頭或連接盒施工不當使水分侵入； ③ 絕緣老化； ④ 護層腐蝕； ⑤ 過壓、雷擊或其他過壓使電纜擊穿； ⑥ 過熱，過載或散熱不良，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試原理

2．1電橋法的基本原理

當電橋接通電源之后，調(diào)節(jié)橋臂電阻．使 b 、 d2 個頂點的電位相等，即檢流計 (G) 兩端的電壓為 0 ，則通過檢流計 (G) 的電流 I g = 0 ，這時電橋平衡。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 個電阻組成的橋式電路處于平衡狀態(tài)時，相對兩個電阻的乘積相等，若其中任何 3 個電阻為已知值，則可求得第 4 個電阻值。

2．2電纜芯線對地(或相間)電容的測量（測量范圍見表1）

表 1  KJTS-II礦用電纜探傷儀可測量電容范圍

范 圍 最小分辨率（ % ） 測量誤差 備 注

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

（ 2 ）橋體兩端開路時，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，開啟電源即可聽到 1000Hz 的音頻信號，反復調(diào)節(jié) R k 、 R H1 ，直至耳機中無聲音為止，此時電橋平衡，則有：

C X 為 = C X ?(R k / R b )

2. 3 電纜芯線開路故障點測量（測量誤差見表 2 ）

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

電纜芯線對地（或相間）電容 測量誤差 備 注

1000 ～ 10000pF 2%±1

(1)斷線處不可對地短路；

(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)格電纜芯線對地電容與長度成正比，礦用電纜探傷儀采用交流差動電橋法測量兩相電纜對地電容比值，從而確定故障點。

R k 是由 1 個十進制電阻盤和 1 個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。

當電橋平衡時， 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測量（測量誤差見表 3 ）

表 3 電纜探傷儀對電纜芯線地租故障時的測量誤差及范圍

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

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

   （ 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度成正比 ( 電纜電阻值見表 4) ，利用電橋法原理測出故障點兩邊電纜芯線電阻之比，也就測出了長度之比，從而確定故障點。

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

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

3 實踐3例

現(xiàn)就近兩年的電纜故障定位舉 3 個實例。

(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) ，全長約 180m ，我們用 500V 低壓兆歐表對電纜三相進行絕緣電阻測試： A 相對地為 30MΩ ， B 相對地為 0 ， C 相對地為 40MΩ ，零線對地為 0 ；再用萬用表對 B 相、零線進行測量， 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。我們當即用 QFl-A 型電纜探傷儀在電源端 (1# 變電所 ) 測試該故障電纜，測試結(jié)果為： R k = 0.444 ，又知 L 已知 =180m ， 由公式 L x = R k ?2L 已知 得：電源端離故障點的距離 L x = 0.444×2×180=159.84m 。

因此，可斷定故障點距離 1# 變電所 159.84m ，此故障點正是一間維修房室內(nèi)的墻腳邊，破開水泥地板后證實：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，進行絕緣電阻測試，電纜絕緣全部合格 (B 相對地絕緣 50MΩ) 。最后實測得知：電源端離故障點的實際距離為 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 ( 負荷側(cè) ) 的一根 PVC 塑力銅芯纜 (3×35+1×10) 發(fā)生故障，電纜全長約 268m 。測量電纜的絕緣電阻： A 相對地 15MΩ ， B 相對地 10MΩ ， C 相對地 0 ，零線對地 10MΩ ；進一步用萬用表測量： C 相與地之間的電阻值為 200Ω ，據(jù)此可推測 C 相對地短路。

我們在負荷側(cè)測試，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：負荷側(cè)離故障點的距離 L x = 0.003×2×268 = 1.608m 。因此，可確定該電纜的故障點在距負荷側(cè) 1.608m 處，故障原因：老鼠長期在電纜頭附近做窩，咬傷電纜絕緣后，其尿液導致電纜發(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 ，全長約 300m) 發(fā)生故障，致使液化氣站全部停電，經(jīng)測量，該故障電纜的絕緣電阻為：零線對地 30MΩ ， A 相對對地 0 ， B 相對地 15MΩ ， C 相對地 1.5MΩ ； B 相對 A 相 155MΩ ， B 相對 C 相 15MΩ 。液化氣站負荷雖小．但不能長時間停電，因此，經(jīng)研究決定，將零線作為 A 相暫時使用， 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)是保護接零的 ) 使用，供電運行一天后， A 、 C 相發(fā)生開路故障，其絕緣電阻為 15MΩ 。因此，我們采用交流差動電橋法測量 C 相和 B 相對地電容比值，測試方法如圖 3 ，在水泥廠二變端，探傷儀的測量值為 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，電纜的故障點正是在一條馬路邊，挖出故障點，發(fā)現(xiàn)電纜過馬路時末穿管，被外力 ( 車輛 ) 壓傷。

4 結(jié)束語

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

(2) 在礦用電纜探傷儀探測故障電纜前，如能提供故障電纜的基礎(chǔ)資料 ( 長度，路徑、中間接頭等 ) ，特別是電纜長度 (L 已知越接近真實，測量結(jié)果越準確 ) ，則可提高探測故障的及時性、準確性、減少工作強度。

(3) 當電纜為高阻接地時，可先對電纜故障芯線施加高壓 ( 一般在額定試驗電壓范圍內(nèi) ) ，使其故障擴大、對地擊穿成為低阻接地，便于測試。

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