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電力電纜故障原因分析及探測(cè)方法探討
添加時(shí)間 2018-06-12 返 回
       摘要: 本文主要針對(duì)電力電纜的常見故障,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),人為因素,運(yùn)行環(huán)境等方面進(jìn)行分析, 總結(jié)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(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍,針對(duì)不同的電力電纜故障采用不同的方法以便 快速、準(zhǔn)確、方便查找故障 ,本文結(jié)合工作實(shí)際,以實(shí)際的電力電纜故障來說明各個(gè)各個(gè)電纜故障查找方法的適用性,具有一定的參考價(jià)值。
       引言:電力電纜作為電力系統(tǒng)的重要組成部份,它的安全運(yùn)行具有重要意義。一旦發(fā)生故障后,如何在最短時(shí)間內(nèi)快速找出故障點(diǎn)一直電纜行業(yè)十分注重的研究課題。本文總結(jié)了多年來從事電纜運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn),對(duì)電纜故障原因進(jìn)行了分析,重點(diǎn)介紹幾種常用探測(cè)方法,并對(duì)各方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行比較,以實(shí)際的例子進(jìn)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(diǎn)絕緣特征分類又可分 :
1.1 開路故障:電纜線芯連續(xù)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(cè)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(fā)生故障的原因是多方面的,包括電纜運(yùn)行環(huán)境,人為因素,施工質(zhì)量等,現(xiàn)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(yùn)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(shè)工程項(xiàng)目遍及各個(gè)角落,因施工單位在不明地下管線情況下進(jìn)行地下管線施工或有些素質(zhì)不高施工隊(duì)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(chǎn)品質(zhì)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(duì)中間接頭制作安裝的操作細(xì)節(jié)不夠重視或現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝條件較差等原因,導(dǎo)致中間接頭的制作出現(xiàn)工藝和操作缺陷,對(duì)電纜的正常運(yùn)行帶來安全隱患。還有就是電纜附件產(chǎn)品存在質(zhì)量問題;因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)附件安裝人員工藝培訓(xùn)和對(duì)電纜附件產(chǎn)品質(zhì)量的入網(wǎng)把關(guān)顯得尤為重要。
2 .3 機(jī)械損傷 施工隊(duì)伍在電纜敷設(shè)過程中未按要求和施工規(guī)范進(jìn)行,用力不當(dāng)或牽引力過大,使用的敷設(shè)工具不當(dāng)或野蠻施工等原因造成電纜的機(jī)械損傷,有些機(jī)械損傷很輕微,當(dāng)時(shí)并未造成故障,要在數(shù)月甚至數(shù)年后故障才會(huì)暴露出來。這類故障一般表現(xiàn)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(xiàn)在比較少了,因 國(guó)內(nèi) 中壓電纜的制造已經(jīng)達(dá)到 國(guó)際 先進(jìn)水平了。而電纜的老化現(xiàn)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(zhǎng)期高溫或高電壓作用下容易產(chǎn)生局部放電,引起絕緣老化而出現(xiàn)故障; 2 、塑料絕緣電纜因長(zhǎng)期浸泡在水中或水分侵入,使絕緣纖維產(chǎn)出水解,在電場(chǎng)集中處形成 “ 水樹枝 ” 現(xiàn)象,造成絕緣擊穿等現(xiàn)象。
        3、 電纜故障 檢測(cè)方法及實(shí)例分析 電力電纜故障查找一般按故障性質(zhì)診斷、故障測(cè)距、故障定點(diǎn)三個(gè)步驟進(jìn)行。故障性質(zhì)診斷過程是對(duì)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(jìn)行故障性質(zhì)判別,根據(jù)不同故障性質(zhì)選擇不同方法進(jìn)行粗測(cè),然后再依據(jù)粗測(cè)的結(jié)果進(jìn)行精確定位。電纜故障檢測(cè)的方法有許多,這些方法的適應(yīng)對(duì)象及檢測(cè)結(jié)果也各有不同,以下將介紹電纜故障測(cè)距電橋法、低壓脈沖法、沖擊高壓閃絡(luò)法的工作原理,并以實(shí)際的例子說明方法的適用情況,并對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)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(zhǎng)度成正比,利用電橋原理測(cè)出故障相電纜的端部與故障點(diǎn)之間的電阻大小,并將它與無故障相做比較, 進(jìn) 而確定 其 故障點(diǎn)距離其端部的原理進(jìn)行的。其測(cè)量接線原理 如 圖(1) 所示。 當(dāng)電纜呈斷路性質(zhì)時(shí),由于直流電橋測(cè)量臂未能構(gòu)成直流通路,所以,采用電阻電橋法將無法測(cè)量出故障距離,只有采用電容電橋法或其它方法來測(cè)試. 電容電橋法 測(cè)量接線原理如圖(2) 所示。 實(shí)際應(yīng)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(duì)地絕緣電阻 3MΩ ,用直閃、沖閃法都無法測(cè)到故障點(diǎn),最后使用電橋法成功測(cè)到距測(cè)試點(diǎn) 1000 米的地方,一中間接頭進(jìn)水造成的單相接地故障。 測(cè)試體會(huì): 電橋法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、精確度高,但它有局限性: 1 )不適合于高阻或閃絡(luò)性故障; 2 )需要知道電纜的準(zhǔn)確長(zhǎng)度、接頭數(shù)量等原始資料。電橋法對(duì)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(dá)法,主要用于測(cè)量電纜開路、短路及低阻故障。其工作原理:測(cè)試時(shí)向,從測(cè)試端向電纜注入一低壓脈沖信號(hào),該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn),如短路點(diǎn)、斷線點(diǎn)等,脈沖產(chǎn)生反射,回到測(cè)量點(diǎn)被儀器記錄下來。波形上發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差△t,對(duì)應(yīng)脈沖在測(cè)量點(diǎn)與阻抗不匹配點(diǎn)往返一次的時(shí)間,已知脈沖在電纜中的波速度V,則阻抗不匹配點(diǎn)距離,可由下式計(jì)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(shí)別反射脈沖的極性,可以判斷故障的性質(zhì)。斷路故障與發(fā)射脈沖極性相同如圖4所示;而短路故障與發(fā)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(shí)際應(yīng)用: 廈門電業(yè)局岑西開閉所岑頭線904柜至岑頭箱式變901柜電纜發(fā)生單相失地故障,該電纜型號(hào)為:YJV22-10/8. 7 -3*240,電纜長(zhǎng)度470米。經(jīng)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電纜進(jìn)行故障性質(zhì)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(cè)得A相絕緣電阻為100Ω,符合低壓脈沖法的測(cè)試條件。用RM-950對(duì)該電纜任一完好相(C相)測(cè)試全長(zhǎng)后保存,然后再對(duì)故障相(A相)進(jìn)行故障點(diǎn)測(cè)試后,進(jìn)行比較分析,測(cè)出測(cè)試端離故障點(diǎn)為72米,用RM-550進(jìn)行故障精確定點(diǎn),找出實(shí)際故障點(diǎn)長(zhǎng)度與儀器測(cè)量長(zhǎng)度相差甚小,其測(cè)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(diǎn)位置在72米處。本次電纜故障探傷成功,耗時(shí)1小時(shí)。 測(cè)試體會(huì): 低壓脈沖法一般對(duì)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(yōu)點(diǎn):使用的儀器較少,接線簡(jiǎn)單方便,相對(duì)安全。缺點(diǎn):使用范圍有局限性,只能用于低阻故障。
3 .3沖擊高壓閃絡(luò)法 [4] 脈沖電流法又分直流高壓閃絡(luò)法(簡(jiǎn)稱直閃法)與沖擊高壓閃絡(luò)法(簡(jiǎn)稱沖閃法),這邊我們重點(diǎn)介紹沖閃法,他們?cè)砘鞠嗤煌氖菦_閃法在儲(chǔ)能電容C與電纜之間串入球形間隙G,通過調(diào)節(jié)電壓對(duì)電容C充電使其擊穿球形間隙G而對(duì)電纜放電,達(dá)到擊穿高阻故障點(diǎn),而測(cè)距儀通過耦合器L,記錄高壓脈沖行波信號(hào)在故障點(diǎn)和電纜始端之間往返一次的時(shí)間進(jìn)行測(cè)距。大部分電纜高阻故障測(cè)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(hào)是故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的,而不是象低壓脈沖法是由測(cè)試儀器發(fā)射出的。 對(duì)于故障點(diǎn)在電纜不同位置所形成的波形往往不相同,沖閃法測(cè)試波形如圖8所示: 從圖8中的波形可以看出,沖閃法測(cè)試波形整體上像一個(gè)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(gè)負(fù)尖峰,后面的波形也有相應(yīng)的變化。這是因?yàn)殡娎|在加沖擊負(fù)高壓時(shí),故障點(diǎn)處負(fù)高壓上升有一個(gè)過程,故障點(diǎn)的電離放電也有一段延遲時(shí)間,所以在故障點(diǎn)放電之前,沖擊電壓波已經(jīng)在終端頭被反射,并越過故障點(diǎn)傳向測(cè)試端。在此之后故障點(diǎn)才被電離擊穿,形成正向階躍電壓向測(cè)試端傳輸,因此在第一回波的正脈沖前出現(xiàn)了負(fù)尖峰。如果兩個(gè)回波的時(shí)間差從第一回波正脈沖前的負(fù)尖峰下降拐點(diǎn)算起的話,將會(huì)造成相當(dāng)大的測(cè)量誤差,只能從第一回波的正突跳拐點(diǎn)算起直到第二回波的負(fù)突跳拐點(diǎn)這段時(shí)間才是正確的。 應(yīng)用脈沖電流法測(cè)試電纜故障點(diǎn)發(fā)生在本體,無論是直閃還是沖閃,一般來說都會(huì)出現(xiàn)比較典型的波形,但如果發(fā)生在電纜中間接頭時(shí),往往會(huì)碰到一些異常現(xiàn)象:(1)開始時(shí),故障點(diǎn)電阻值不高,無法進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。經(jīng)高壓沖擊后,絕緣電阻會(huì)越來越高,并無故障點(diǎn)擊穿現(xiàn)象;(2)測(cè)試時(shí),偶爾出現(xiàn)故障點(diǎn)放電,但很不穩(wěn)定。(3)放電延時(shí)特別長(zhǎng)。碰到以上現(xiàn)象,都應(yīng)考慮故障點(diǎn)可能在接頭上。這時(shí),應(yīng)耐心一些,可用電橋法試試,以獲得正確的測(cè)試效果。確不奏效時(shí),可以對(duì)照?qǐng)D紙,找出接頭,看是否能聽到放電聲從而找出故障點(diǎn)。 實(shí)際應(yīng)用: 海滄溫厝變 917 至海滄林德 901 電纜發(fā)生 A 相失地故障,電纜型號(hào): YJV22-10/8.7-3*240 ,埋管敷設(shè),深度 1 米。
      4、故障處理步驟:
4.1 用萬用表測(cè)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(cè)得電纜( C 相)全長(zhǎng) 940 米。
4.3 用沖閃法測(cè)試故障距離,在 A 相和鎧裝層之間施加高壓脈沖,當(dāng)電壓升高至 10kV 時(shí),按單次放電方式,電壓表指使故障點(diǎn)開始放電,將其調(diào)至周期放電,用RM-950 通過耦合器測(cè)得波形如圖 10 所示,故障點(diǎn)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(hào),此處時(shí)間最短而監(jiān)聽聲音強(qiáng)度最大,后開挖確認(rèn)故障點(diǎn),故障探測(cè)成功。
     5、 測(cè)試體會(huì): 沖閃法的關(guān)鍵是:判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電,不要認(rèn)為球隙放電了,故障點(diǎn)就擊穿了,這種想法是不正確的。如何判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電:
5. 1  看采集到的波形故障點(diǎn)是否放電。
5. 2 注意所施加的電壓是否足夠擊穿故障點(diǎn)的絕緣電阻。 在實(shí)際運(yùn)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(luò)性的故障,而沖閃法適用以上幾種故障類型。優(yōu)點(diǎn):適用范圍廣,查找故障的準(zhǔn)確率較高;缺點(diǎn):儀器較多,接線較復(fù)雜。經(jīng)過這幾種方法比較,本文側(cè)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(cè)尋時(shí),借助現(xiàn)代化的儀器和設(shè)備,便可準(zhǔn)確迅速地確定故障點(diǎn)的精確位置,為故障的迅速處理,盡快恢復(fù)送電贏得寶貴的時(shí)間。但是如果測(cè)尋不得法, 將延長(zhǎng) 測(cè)尋工作 的時(shí)間,甚至造成誤判斷、誤處理 。測(cè)尋中應(yīng)注意的幾個(gè)問題是: (1)從以上幾次電纜故障探測(cè)的經(jīng)驗(yàn)可以看出,要想準(zhǔn)確、快速的查找出故障,對(duì)放電波形的分析判斷至關(guān)重要,特別是長(zhǎng)電纜,差一兩個(gè)光標(biāo),就會(huì)相差好幾十米,影響故障的精確定位,只有在實(shí)際工作中不斷的摸索,認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并探索其規(guī)律,才能不斷取得進(jìn)步。 (2)對(duì)低阻故障,使用低壓脈沖法,是最準(zhǔn)確、最方便的方法,尤其是比較法。 (3) 用沖擊放電聲 [ 5,6] 定點(diǎn)時(shí)(包括測(cè)距)應(yīng)特別注意電纜的耐壓等級(jí)。一般情況下,沖擊電壓的幅度不應(yīng)超過正常運(yùn)行電壓的3.5倍,即10kV電纜所加電壓不應(yīng)超過35kV。 (4)要想快速、精確找出電纜故障點(diǎn),準(zhǔn)確的電纜原始資料起到很至關(guān)重要的作用,尤其是電纜路徑圖,應(yīng)做到圖、實(shí)相符,現(xiàn)場(chǎng)路徑標(biāo)示清楚。 (5)加強(qiáng)對(duì)故障檢測(cè)設(shè)備的熟悉和日常維護(hù),特別要通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際結(jié)果的分析、總結(jié),深入了解各設(shè)備的使用特點(diǎn),使設(shè)備發(fā)揮最大的效能。 5、結(jié)論 電纜的正常運(yùn)行是電網(wǎng)保持持續(xù)可靠供電的基礎(chǔ),加強(qiáng)電纜產(chǎn)品質(zhì)量管控及電纜敷設(shè)、施工的全過程管理、電纜投運(yùn)之后的維護(hù)工作,以確保電纜的健康運(yùn)行狀態(tài);在電纜發(fā)生故障時(shí),我們則應(yīng)根據(jù)故障的特征,選用合適的儀器進(jìn)行電纜故障性質(zhì)的判斷和定位,力爭(zhēng)在最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)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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