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隨著城市環(huán)網(wǎng)電纜數(shù)量的增多,由于電纜絕緣損壞等原因,故障發(fā)生概率大大增加,電纜故障帶來(lái)的查找困難也越來(lái)越受到電力系統(tǒng)運(yùn)行部門的關(guān)注和重視。電纜故障點(diǎn)的及時(shí)、快速查找與測(cè)量是保證電力供應(yīng)暢通、保證供電可靠性的必需手段,但由于受到電纜線路的隱蔽性、電纜運(yùn)行資料不完善以及測(cè)試設(shè)備探測(cè)水平的局限性,使電纜故障的查找非常困難。下面,根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和參考有關(guān)資料,總結(jié)出電力電纜的常見故障和檢測(cè)辦法。

1電力電纜故障常見原因

了解電纜故障的原因,對(duì)于減少電纜的損壞,快速地判定出故障點(diǎn)是十分重要的。電纜發(fā)生故障的原因是多方面的,常見的幾種主要原因歸納如下。

1.1機(jī)械損傷

很多故障是由于電纜安裝敷設(shè)時(shí)造成的機(jī)械損傷或安裝后靠近電纜路徑作業(yè)造成的機(jī)械損傷而直接引起的。損傷如果輕微,很可能在當(dāng)時(shí)不影響正常運(yùn)行,但在幾個(gè)月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展到鎧裝或絕緣護(hù)套,造成絕緣降低,形成故障。

1.2絕緣老化變質(zhì)

電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí),氣隙中產(chǎn)生臭氧、腐蝕絕緣,絕緣中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解,造成絕緣下降。過熱會(huì)引起絕緣老化變質(zhì)。造成電纜過熱的因素有多方面。內(nèi)因主要是電纜絕緣內(nèi)部氣隙游離造成局部過熱,從而使絕緣炭化;外因是電纜過負(fù)荷產(chǎn)生過熱。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、套管中的電纜,以及電纜與熱力管道接近的部分等,都會(huì)因本身過熱而使絕緣加速損壞。長(zhǎng)期過負(fù)荷運(yùn)行,會(huì)使電纜的絕緣隨之下降,薄弱處和對(duì)接頭處首先被擊穿。在夏季,電纜故障率高原因正在于此。

1.3化學(xué)腐蝕

電纜路徑在有酸堿作業(yè)的地區(qū)通過,或煤氣站的苯蒸汽往往造成電纜鎧裝和鉛(鋁)護(hù)套大面積長(zhǎng)距離被腐蝕,出現(xiàn)麻點(diǎn)、開裂或穿孔,造成故障。

1.4設(shè)計(jì)和制作工藝不良

電纜中間頭、終端頭安裝工藝不良,材料選用不當(dāng),不按技術(shù)要求敷設(shè)電纜,同樣會(huì)造成電場(chǎng)分布不均勻,這些往往也都是形成電纜故障的重要原因。

材料缺陷主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是電纜制造的問題,鉛(鋁)護(hù)層留下的缺陷,在包纏絕緣過程中,紙絕緣上出現(xiàn)褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷;二是電纜附件制造上的缺陷,如鑄鐵件有砂眼,瓷件的機(jī)械強(qiáng)度不夠,其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等;三是對(duì)絕緣材料的維護(hù)管理不善,造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。

2電力電纜故障檢測(cè)方法

對(duì)于電纜的故障點(diǎn)檢測(cè)一般都要經(jīng)過故障類型的診斷、故障點(diǎn)測(cè)距、精確定點(diǎn)三個(gè)主要步驟。故障類型診斷主要是確定電纜故障點(diǎn)的故障相別,屬于高阻接地或者低阻接地,以便于測(cè)試人員選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法。故障點(diǎn)測(cè)距也叫預(yù)定位,在故障電纜芯線上施加測(cè)試信號(hào)或者在線測(cè)量、分析故障信息,初步確定故障的距離,盡量縮小故障范圍,以方便精確定點(diǎn)的進(jìn)行。預(yù)定位方法一般可歸納為兩大類,即經(jīng)典法,如電橋法等;現(xiàn)代法,如低壓脈沖法、高壓閃絡(luò)法等。精確定點(diǎn)是在預(yù)定位距離的基礎(chǔ)上,精確地確定故障點(diǎn)所在實(shí)際位置。精確定點(diǎn)方法主要有聲測(cè)定點(diǎn)法、感應(yīng)定點(diǎn)法、時(shí)差定點(diǎn)法以及同步定點(diǎn)法等。本文主要探討故障點(diǎn)預(yù)定位的基本方法。

2.1經(jīng)典電橋法

將被測(cè)電纜故障相與非故障相短接,電橋兩臂分別接故障相與非故障相,調(diào)節(jié)電橋兩臂上的一個(gè)可調(diào)電阻器,使電橋平衡,利用比例關(guān)系和已知的電纜長(zhǎng)度就能得出故障距離。用低壓電橋測(cè)電纜低阻擊穿,用電容電橋測(cè)電纜開路斷線。電橋法測(cè)量結(jié)果精確,但需要完好芯線做回路,電源電壓不能加得太高。

2.2高壓脈沖法

利用傳輸線的特性阻抗發(fā)生變化時(shí)的回波現(xiàn)象,在電纜芯線中加上一定電壓,使其不燒穿而產(chǎn)生放電。放電脈沖在電纜中傳播及反射,用數(shù)字示波器測(cè)出反射脈沖的位置比例,算出故障點(diǎn)的位置。本法適用于高阻擊穿,但操作人員的安全受威脅,波形較難辨別。

2.3低壓脈沖法

對(duì)低阻擊穿、短路、開路故障,可在電纜芯線上施加脈沖訊號(hào)。訊號(hào)在電纜傳播及反射,用數(shù)字示波器或手提筆記本電腦虛擬示波器等測(cè)出脈沖波形而算出故障點(diǎn)的位置。低壓脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀,不需要詳細(xì)的電纜原始資料,還可以根據(jù)反射脈沖的極性分辨故障類型。缺點(diǎn)是不能用于測(cè)量高阻與閃絡(luò)故障。

2.4二次脈沖法

二次脈沖法是近些年常用的測(cè)距方法之一,其原理:對(duì)故障電纜釋放一個(gè)低壓脈沖,只要故障點(diǎn)的接地電阻大于電纜波阻抗5倍,可以認(rèn)為此時(shí)故障電纜相對(duì)于低壓脈沖是開路,那么在脈沖釋放端接收到的反射波形相當(dāng)于一個(gè)芯線絕緣良好電纜的波形;對(duì)故障電纜釋放一個(gè)足以使芯線絕緣故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)的高壓脈沖,同時(shí)觸發(fā)釋放第二個(gè)低壓脈沖,在故障點(diǎn)的電弧未熄滅時(shí),故障點(diǎn)相對(duì)于低壓脈沖是完全短路,那么在脈沖釋放端接收的低壓脈沖反射波形相當(dāng)于一個(gè)線芯對(duì)地完全短路的波形;兩個(gè)波形對(duì)比會(huì)有明顯的發(fā)散點(diǎn),這個(gè)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。其特點(diǎn)是易操作、多功能,回波圖形簡(jiǎn)易。缺點(diǎn)是不能用于測(cè)量高阻與閃絡(luò)故障。

2.5三次脈沖法

三次脈沖法是一種新的電纜故障點(diǎn)預(yù)定位方法,由于脈沖反射法發(fā)出的低壓脈沖在高阻故障點(diǎn)處不會(huì)發(fā)生反射,因此,此時(shí)故障點(diǎn)不會(huì)顯示在波形上,此時(shí)的低壓脈沖卻在測(cè)試電纜末端形成全反射,得到電纜全長(zhǎng)的參考波形;隨后發(fā)射的脈沖沖擊可以在故障點(diǎn)處形成穩(wěn)定的時(shí)間充分燃弧,然后使用一個(gè)高能量的測(cè)量脈沖對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行沖擊,此時(shí)脈沖幅值可達(dá)到1500V,可充分保證在故障點(diǎn)形成負(fù)反射,得到故障點(diǎn)的故障波形。兩條波形對(duì)比可清楚容易看到故障點(diǎn)位置。該方法適用與除了中間頭受潮或進(jìn)水特殊情況外的所有故障類型,包括高阻接低和低阻接低。

3綜述

電纜故障點(diǎn)檢測(cè)也別需要技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合,由于電纜的隱蔽性和故障原因的多樣性,建議在電纜故障點(diǎn)檢測(cè)時(shí)采取以下步驟,并對(duì)所得到的波形仔細(xì)分析,特殊情況可以多次測(cè)試。

1)測(cè)量電纜絕緣,判斷故障類型;2)根據(jù)故障類型選擇合適的預(yù)定位方法,從原理上分析三次脈沖法的誤差很小,而在處理絕緣進(jìn)水或受潮時(shí)采用的脈沖電流法誤差偏大,應(yīng)對(duì)所得波形仔細(xì)分析;3)電纜路徑查找,找到準(zhǔn)確的電纜路徑可以避免精確定點(diǎn)時(shí)漫無(wú)目的的搜索,這也是比較耗時(shí)的過程,對(duì)于長(zhǎng)電纜建議對(duì)已查明的電纜所在位置做好標(biāo)記;4)精確定點(diǎn)時(shí)要充分考慮電纜頭處打盤而影響實(shí)地測(cè)量的準(zhǔn)確性,對(duì)于死接地故障和線芯對(duì)內(nèi)屏蔽短路故障,在發(fā)射沖擊脈沖時(shí),可能在全電纜都會(huì)出現(xiàn)放電聲音,但只有在故障點(diǎn)處才會(huì)發(fā)生震動(dòng),在這種情況下,應(yīng)沿電纜路徑擴(kuò)大搜索范圍。