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        電力電纜故障原因分析及探測方法探討
        添加時間 2018-06-12 返 回
               摘要: 本文主要針對電力電纜的常見故障,從結構設計,人為因素,運行環境等方面進行分析, 總結了電力電纜故障原因。并介紹了常用的電力電纜故障查找方法的原理、優缺點及適用范圍,針對不同的電力電纜故障采用不同的方法以便 快速、準確、方便查找故障 ,本文結合工作實際,以實際的電力電纜故障來說明各個各個電纜故障查找方法的適用性,具有一定的參考價值。
               引言:電力電纜作為電力系統的重要組成部份,它的安全運行具有重要意義。一旦發生故障后,如何在最短時間內快速找出故障點一直電纜行業十分注重的研究課題。本文總結了多年來從事電纜運行維護的經驗,對電纜故障原因進行了分析,重點介紹幾種常用探測方法,并對各方法的優缺點和適用范圍進行比較,以實際的例子進行分析,具有一定的參考意義。
               1、電纜故障分類 電纜故障可概括為接地、短路、斷線三類;如以故障點絕緣特征分類又可分 :
        1.1 開路故障:電纜線芯連續性受到破壞,形成斷線。
        1.2 低阻故障:絕緣電阻一般在幾百歐姆以下。
        1.3 高阻故障 :用兆歐表測量電纜絕緣電阻低于正常值但高于幾百歐姆的故障。
               2 、 形成電纜故障的原因分析 致使電纜發生故障的原因是多方面的,包括電纜運行環境,人為因素,施工質量等,現將常見的幾種主要原因歸納如下。
        2 .1 外力破壞 09年廈門電力電纜運行情況分析:10 kV電纜故障56次,其中外破28起,占50%。近幾年來由于城市建設工程項目遍及各個角落,因施工單位在不明地下管線情況下進行地下管線施工或有些素質不高施工隊的野蠻施工,是造成電纜受外力破壞的主要原因。
        2 .2 電纜安裝、產品質量不合格 09年廈門10kV電纜附件及電纜施工工藝不良造成電纜故障6起,占11%。由于附件施工人員對中間接頭制作安裝的操作細節不夠重視或現場安裝工藝條件較差等原因,導致中間接頭的制作出現工藝和操作缺陷,對電纜的正常運行帶來安全隱患。還有就是電纜附件產品存在質量問題;因此應加強對附件安裝人員工藝培訓和對電纜附件產品質量的入網把關顯得尤為重要。
        2 .3 機械損傷 施工隊伍在電纜敷設過程中未按要求和施工規范進行,用力不當或牽引力過大,使用的敷設工具不當或野蠻施工等原因造成電纜的機械損傷,有些機械損傷很輕微,當時并未造成故障,要在數月甚至數年后故障才會暴露出來。這類故障一般表現在 0.4 k V 電纜居多。
        2 .4 電纜本體故障 電纜本體故障主要有電纜制造工藝和絕緣老化兩種原因。制造工藝造成的故障現在比較少了,因 國內 中壓電纜的制造已經達到 國際 先進水平了。而電纜的老化現象問題還是存在的,造成電纜提前老化的原因有 : 1 、電纜在長期高溫或高電壓作用下容易產生局部放電,引起絕緣老化而出現故障; 2 、塑料絕緣電纜因長期浸泡在水中或水分侵入,使絕緣纖維產出水解,在電場集中處形成 “ 水樹枝 ” 現象,造成絕緣擊穿等現象。
                3、 電纜故障 檢測方法及實例分析 電力電纜故障查找一般按故障性質診斷、故障測距、故障定點三個步驟進行。故障性質診斷過程是對故障電纜情況做初步了解及分析,然后用兆歐表及萬用表進行故障性質判別,根據不同故障性質選擇不同方法進行粗測,然后再依據粗測的結果進行精確定位。電纜故障檢測的方法有許多,這些方法的適應對象及檢測結果也各有不同,以下將介紹電纜故障測距電橋法、低壓脈沖法、沖擊高壓閃絡法的工作原理,并以實際的例子說明方法的適用情況,并對各種方法的優缺點進行比較。
        3 .1 電阻電橋法 及電容電橋法 : 它主要是利用電阻的大小跟電纜的長度成正比,利用電橋原理測出故障相電纜的端部與故障點之間的電阻大小,并將它與無故障相做比較, 進 而確定 其 故障點距離其端部的原理進行的。其測量接線原理 如 圖(1) 所示。 當電纜呈斷路性質時,由于直流電橋測量臂未能構成直流通路,所以,采用電阻電橋法將無法測量出故障距離,只有采用電容電橋法或其它方法來測試. 電容電橋法 測量接線原理如圖(2) 所示。 實際應用: 海滄東方開閉所翁石線電纜接地故障, A 相完好, B 、 C 兩相對地絕緣電阻 3MΩ ,用直閃、沖閃法都無法測到故障點,最后使用電橋法成功測到距測試點 1000 米的地方,一中間接頭進水造成的單相接地故障。 測試體會: 電橋法的優點是簡單、方便、精確度高,但它有局限性: 1 )不適合于高阻或閃絡性故障; 2 )需要知道電纜的準確長度、接頭數量等原始資料。電橋法對一些特殊故障沒有明顯的低壓脈沖反射,但又不容易用高壓擊穿的,如故障電阻不是太高的話,使用電橋法往往可以解決問題。
        3 .2 低壓脈沖法 又稱雷達法,主要用于測量電纜開路、短路及低阻故障。其工作原理:測試時向,從測試端向電纜注入一低壓脈沖信號,該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點,如短路點、斷線點等,脈沖產生反射,回到測量點被儀器記錄下來。波形上發射脈沖與反射脈沖的時間差△t,對應脈沖在測量點與阻抗不匹配點往返一次的時間,已知脈沖在電纜中的波速度V,則阻抗不匹配點距離,可由下式計算:L=V · △t / 2 ,其工作原理如圖3所示 低壓脈沖工作原理主要是通過識別反射脈沖的極性,可以判斷故障的性質。斷路故障與發射脈沖極性相同如圖4所示;而短路故障與發射脈沖極性相反如圖5所示。此方法適用低阻(故障電阻小于100歐的短路故障)、斷路故障。 實際應用: 廈門電業局岑西開閉所岑頭線904柜至岑頭箱式變901柜電纜發生單相失地故障,該電纜型號為:YJV22-10/8. 7 -3*240,電纜長度470米。經技術人員對現場對電纜進行故障性質診斷,判斷此次故障為電纜A相失地故障,通過使用萬用表測得A相絕緣電阻為100Ω,符合低壓脈沖法的測試條件。用RM-950對該電纜任一完好相(C相)測試全長后保存,然后再對故障相(A相)進行故障點測試后,進行比較分析,測出測試端離故障點為72米,用RM-550進行故障精確定點,找出實際故障點長度與儀器測量長度相差甚小,其測試波形如圖6所示:波形A為故障相(A相)的波形,波形B為完好相(C相)的波形,用儀器的“波形比較”功能可以清楚的看出故障點位置在72米處。本次電纜故障探傷成功,耗時1小時。 測試體會: 低壓脈沖法一般對單相低阻接地、兩相短路并接地及三相短路并接地等故障適用,優點:使用的儀器較少,接線簡單方便,相對安全。缺點:使用范圍有局限性,只能用于低阻故障。
        3 .3沖擊高壓閃絡法 [4] 脈沖電流法又分直流高壓閃絡法(簡稱直閃法)與沖擊高壓閃絡法(簡稱沖閃法),這邊我們重點介紹沖閃法,他們原理基本相同,不同的是沖閃法在儲能電容C與電纜之間串入球形間隙G,通過調節電壓對電容C充電使其擊穿球形間隙G而對電纜放電,達到擊穿高阻故障點,而測距儀通過耦合器L,記錄高壓脈沖行波信號在故障點和電纜始端之間往返一次的時間進行測距。大部分電纜高阻故障測試都可以采用此法,與低壓脈沖法不同的是沖閃法的脈沖信號是故障點放電產生的,而不是象低壓脈沖法是由測試儀器發射出的。 對于故障點在電纜不同位置所形成的波形往往不相同,沖閃法測試波形如圖8所示: 從圖8中的波形可以看出,沖閃法測試波形整體上像一個衰減的余弦振蕩及疊加在余弦振蕩上的快變化脈沖。從圖中還可以看出,正脈沖前還有一個負尖峰,后面的波形也有相應的變化。這是因為電纜在加沖擊負高壓時,故障點處負高壓上升有一個過程,故障點的電離放電也有一段延遲時間,所以在故障點放電之前,沖擊電壓波已經在終端頭被反射,并越過故障點傳向測試端。在此之后故障點才被電離擊穿,形成正向階躍電壓向測試端傳輸,因此在第一回波的正脈沖前出現了負尖峰。如果兩個回波的時間差從第一回波正脈沖前的負尖峰下降拐點算起的話,將會造成相當大的測量誤差,只能從第一回波的正突跳拐點算起直到第二回波的負突跳拐點這段時間才是正確的。 應用脈沖電流法測試電纜故障點發生在本體,無論是直閃還是沖閃,一般來說都會出現比較典型的波形,但如果發生在電纜中間接頭時,往往會碰到一些異常現象:(1)開始時,故障點電阻值不高,無法進行耐壓試驗。經高壓沖擊后,絕緣電阻會越來越高,并無故障點擊穿現象;(2)測試時,偶爾出現故障點放電,但很不穩定。(3)放電延時特別長。碰到以上現象,都應考慮故障點可能在接頭上。這時,應耐心一些,可用電橋法試試,以獲得正確的測試效果。確不奏效時,可以對照圖紙,找出接頭,看是否能聽到放電聲從而找出故障點。 實際應用: 海滄溫厝變 917 至海滄林德 901 電纜發生 A 相失地故障,電纜型號: YJV22-10/8.7-3*240 ,埋管敷設,深度 1 米。
              4、故障處理步驟:
        4.1 用萬用表測得 A 相絕緣電阻為 7k Ω, B 、 C 相電阻無窮大,判斷該電纜屬單相高阻接地故障。
        4.2 用RM-950 使用低壓脈沖法測得電纜( C 相)全長 940 米。
        4.3 用沖閃法測試故障距離,在 A 相和鎧裝層之間施加高壓脈沖,當電壓升高至 10kV 時,按單次放電方式,電壓表指使故障點開始放電,將其調至周期放電,用RM-950 通過耦合器測得波形如圖 10 所示,故障點在 929 米 .
        4.4 用RM-550定位儀 在 930 米附近同步接收到聲、磁波形信號,此處時間最短而監聽聲音強度最大,后開挖確認故障點,故障探測成功。
             5、 測試體會: 沖閃法的關鍵是:判斷故障點是否擊穿放電,不要認為球隙放電了,故障點就擊穿了,這種想法是不正確的。如何判斷故障點是否擊穿放電:
        5. 1  看采集到的波形故障點是否放電。
        5. 2 注意所施加的電壓是否足夠擊穿故障點的絕緣電阻。 在實際運用中,單純的斷線故障很少,大部分故障都是含有低阻、高阻或閃絡性的故障,而沖閃法適用以上幾種故障類型。優點:適用范圍廣,查找故障的準確率較高;缺點:儀器較多,接線較復雜。經過這幾種方法比較,本文側重推薦脈沖電流沖閃法。
        5.3 電纜故障定位需注意的問題 在電纜故障測尋時,借助現代化的儀器和設備,便可準確迅速地確定故障點的精確位置,為故障的迅速處理,盡快恢復送電贏得寶貴的時間。但是如果測尋不得法, 將延長 測尋工作 的時間,甚至造成誤判斷、誤處理 。測尋中應注意的幾個問題是: (1)從以上幾次電纜故障探測的經驗可以看出,要想準確、快速的查找出故障,對放電波形的分析判斷至關重要,特別是長電纜,差一兩個光標,就會相差好幾十米,影響故障的精確定位,只有在實際工作中不斷的摸索,認真總結經驗并探索其規律,才能不斷取得進步。 (2)對低阻故障,使用低壓脈沖法,是最準確、最方便的方法,尤其是比較法。 (3) 用沖擊放電聲 [ 5,6] 定點時(包括測距)應特別注意電纜的耐壓等級。一般情況下,沖擊電壓的幅度不應超過正常運行電壓的3.5倍,即10kV電纜所加電壓不應超過35kV。 (4)要想快速、精確找出電纜故障點,準確的電纜原始資料起到很至關重要的作用,尤其是電纜路徑圖,應做到圖、實相符,現場路徑標示清楚。 (5)加強對故障檢測設備的熟悉和日常維護,特別要通過對檢測數據與實際結果的分析、總結,深入了解各設備的使用特點,使設備發揮最大的效能。 5、結論 電纜的正常運行是電網保持持續可靠供電的基礎,加強電纜產品質量管控及電纜敷設、施工的全過程管理、電纜投運之后的維護工作,以確保電纜的健康運行狀態;在電纜發生故障時,我們則應根據故障的特征,選用合適的儀器進行電纜故障性質的判斷和定位,力爭在最短的時間實現故障的快速定位,以盡量減少電纜故障引起的停電損失,提高供電的可靠性。
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