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隨著城市環網電纜數量的增多,由于電纜絕緣損壞等原因,故障發生概率大大增加,電纜故障帶來的查找困難也越來越受到電力系統運行部門的關注和重視。電纜故障點的及時、快速查找與測量是保證電力供應暢通、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、電纜運行資料不完善以及測試設備探測水平的局限性,使電纜故障的查找非常困難。下面,根據多年的運行經驗和參考有關資料,總結出電力電纜的常見故障和檢測辦法。

1電力電纜故障常見原因

了解電纜故障的原因,對于減少電纜的損壞,快速地判定出故障點是十分重要的。電纜發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機械損傷

很多故障是由于電纜安裝敷設時造成的機械損傷或安裝后靠近電纜路徑作業造成的機械損傷而直接引起的。損傷如果輕微,很可能在當時不影響正常運行,但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發展到鎧裝或絕緣護套,造成絕緣降低,形成故障。

1.2絕緣老化變質

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

1.3化學腐蝕

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

1.4設計和制作工藝不良

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

材料缺陷主要表現在三個方面。一是電纜制造的問題,鉛(鋁)護層留下的缺陷,在包纏絕緣過程中,紙絕緣上出現褶皺、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,瓷件的機械強度不夠,其它零件不符合規格或組裝時不密封等;三是對絕緣材料的維護管理不善,造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。

2電力電纜故障檢測方法

對于電纜的故障點檢測一般都要經過故障類型的診斷、故障點測距、精確定點三個主要步驟。故障類型診斷主要是確定電纜故障點的故障相別,屬于高阻接地或者低阻接地,以便于測試人員選擇適當的檢測方法。故障點測距也叫預定位,在故障電纜芯線上施加測試信號或者在線測量、分析故障信息,初步確定故障的距離,盡量縮小故障范圍,以方便精確定點的進行。預定位方法一般可歸納為兩大類,即經典法,如電橋法等;現代法,如低壓脈沖法、高壓閃絡法等。精確定點是在預定位距離的基礎上,精確地確定故障點所在實際位置。精確定點方法主要有聲測定點法、感應定點法、時差定點法以及同步定點法等。本文主要探討故障點預定位的基本方法。

2.1經典電橋法

將被測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,調節電橋兩臂上的一個可調電阻器,使電橋平衡,利用比例關系和已知的電纜長度就能得出故障距離。用低壓電橋測電纜低阻擊穿,用電容電橋測電纜開路斷線。電橋法測量結果精確,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生變化時的回波現象,在電纜芯線中加上一定電壓,使其不燒穿而產生放電。放電脈沖在電纜中傳播及反射,用數字示波器測出反射脈沖的位置比例,算出故障點的位置。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

對低阻擊穿、短路、開路故障,可在電纜芯線上施加脈沖訊號。訊號在電纜傳播及反射,用數字示波器或手提筆記本電腦虛擬示波器等測出脈沖波形而算出故障點的位置。低壓脈沖反射法的優點是簡單、直觀,不需要詳細的電纜原始資料,還可以根據反射脈沖的極性分辨故障類型。缺點是不能用于測量高阻與閃絡故障。

2.4二次脈沖法

二次脈沖法是近些年常用的測距方法之一,其原理:對故障電纜釋放一個低壓脈沖,只要故障點的接地電阻大于電纜波阻抗5倍,可以認為此時故障電纜相對于低壓脈沖是開路,那么在脈沖釋放端接收到的反射波形相當于一個芯線絕緣良好電纜的波形;對故障電纜釋放一個足以使芯線絕緣故障點發生閃絡的高壓脈沖,同時觸發釋放第二個低壓脈沖,在故障點的電弧未熄滅時,故障點相對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于一個線芯對地完全短路的波形;兩個波形對比會有明顯的發散點,這個發散點就是故障點的反射波形點。其特點是易操作、多功能,回波圖形簡易。缺點是不能用于測量高阻與閃絡故障。

2.5三次脈沖法

三次脈沖法是一種新的電纜故障點預定位方法,由于脈沖反射法發出的低壓脈沖在高阻故障點處不會發生反射,因此,此時故障點不會顯示在波形上,此時的低壓脈沖卻在測試電纜末端形成全反射,得到電纜全長的參考波形;隨后發射的脈沖沖擊可以在故障點處形成穩定的時間充分燃弧,然后使用一個高能量的測量脈沖對故障點進行沖擊,此時脈沖幅值可達到1500V,可充分保證在故障點形成負反射,得到故障點的故障波形。兩條波形對比可清楚容易看到故障點位置。該方法適用與除了中間頭受潮或進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

電纜故障點檢測也別需要技術和經驗的結合,由于電纜的隱蔽性和故障原因的多樣性,建議在電纜故障點檢測時采取以下步驟,并對所得到的波形仔細分析,特殊情況可以多次測試。

1)測量電纜絕緣,判斷故障類型;2)根據故障類型選擇合適的預定位方法,從原理上分析三次脈沖法的誤差很小,而在處理絕緣進水或受潮時采用的脈沖電流法誤差偏大,應對所得波形仔細分析;3)電纜路徑查找,找到準確的電纜路徑可以避免精確定點時漫無目的的搜索,這也是比較耗時的過程,對于長電纜建議對已查明的電纜所在位置做好標記;4)精確定點時要充分考慮電纜頭處打盤而影響實地測量的準確性,對于死接地故障和線芯對內屏蔽短路故障,在發射沖擊脈沖時,可能在全電纜都會出現放電聲音,但只有在故障點處才會發生震動,在這種情況下,應沿電纜路徑擴大搜索范圍。