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      高壓電纜故障分析判斷與故障點查找

      2014-04-16 02:42:07王永生
      機電信息 2014年21期
      關(guān)鍵詞:護層老化短路

      王永生

      (大唐長山熱電廠,吉林 松原 131109)

      高壓電纜故障分析判斷與故障點查找

      王永生

      (大唐長山熱電廠,吉林 松原 131109)

      結(jié)合實際工作經(jīng)驗,從高壓電纜故障概述入手,對高壓電纜的故障分析判斷與故障點查找進行了詳細的闡述,以供同行參考。

      高壓電纜;故障;老化;查找

      0 引言

      隨著社會的進步和經(jīng)濟水平的提高,我國電力系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。電纜線路,尤其是交聯(lián)聚乙烯電力電纜,以其結(jié)構(gòu)簡單、負載能力強、機械強度高、絕緣性能好且易于安裝、施工和維護等優(yōu)點,逐漸取代了架空線路,成為高壓輸電線路的重要組成部分。然而,由于高壓電纜往往埋在地下,故障的分析判斷與故障點的查找比較困難。如何快速地判斷故障的原因及位置,盡快排除故障,恢復(fù)供電,具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗,對高壓電纜的故障分析判斷與故障點查找談?wù)勛约旱目捶ǎ怨┩袇⒖肌?/p>

      1 高壓電纜故障概述

      1.1 電纜老化,絕緣性能下降

      電纜在投入使用一段時間后,其絕緣性能就會大大降低,這是由于電纜絕緣老化導(dǎo)致的,這個階段電纜的故障率會大幅上升。老化是指電纜的絕緣材料在一定的內(nèi)外因素的綜合影響下發(fā)生物理與化學(xué)反應(yīng),使得材料的物理性能出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的下降,最后喪失其使用價值。高壓電纜投入運營以后,會受到電、機械、光、熱以及化學(xué)等因素的作用而發(fā)生老化,影響運行壽命。老化的原因主要有局部放電、電樹枝老化、水樹老化和熱老化。對于高壓電纜,運行時間超過30年的老化屬于正常老化,而由于各種因素在較短年限內(nèi)發(fā)生的老化屬于過早老化,其主要原因有以下幾點:

      (1) 電纜選型不合適,長期超負荷工作,大大加速了電纜的老化進程。

      (2) 線路靠近熱源,使電纜局部或整體長期受熱,引起熱老化。

      (3) 電纜周圍環(huán)境中有能與電纜絕緣層發(fā)生不利化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì),從而引起電纜過早老化。

      1.2 附件故障

      若不出現(xiàn)人為破壞和自然災(zāi)害等影響,電纜一般都能穩(wěn)定運行。電纜最容易出現(xiàn)故障的就是電纜之間的接頭和終端這類附件處。電纜附件的制作工藝要求很高,氣孔、雜質(zhì)等要嚴格控制在一定范圍內(nèi),若達不到要求,電纜在運行過程中就很容易引起局部放電和絕緣擊穿。附件故障具體原因有以下幾個方面:

      (1) 電纜的中間接頭、終端制作質(zhì)量不高。例如在剝離半導(dǎo)體、導(dǎo)線壓接、電纜接頭與密封、導(dǎo)體連接管壓接、終端或中間接頭金屬屏蔽層接地的制作過程中,工藝不符合相關(guān)技術(shù)要求,從而引起故障。

      (2) 選材不當(dāng)很可能導(dǎo)致電纜附件的熱膨脹系數(shù)和本體相差較大,這就很容易造成電纜附件和本體不能同時收縮膨脹,致使密封性能降低,導(dǎo)致水分或空氣進入電纜附件中,造成短路故障的發(fā)生。

      (3) 制作電纜接頭時忽視周圍環(huán)境濕度,導(dǎo)致?lián)舸┦鹿拾l(fā)生。電纜接頭制作過程中若周圍環(huán)境濕度過大則很容易破壞電纜的絕緣性能,甚至形成貫穿性通道,引起電纜擊穿。

      1.3 電纜護層故障

      電纜護層的存在是為了保護電纜主體免受侵蝕損壞。電纜敷設(shè)過程中一般都選擇最短路徑,因而很可能途經(jīng)各種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。電纜的外護套就是為了使有金屬護套的電纜免受環(huán)境侵蝕,對無金屬護套的電纜還能起到密封的作用。電纜護層還應(yīng)保證良好的絕緣性,使有金屬護層的電纜能保證對地絕緣,避免在金屬護層上形成感應(yīng)電壓。

      電纜護層故障會引起金屬護層環(huán)流增大,對電纜傳輸容量構(gòu)成影響,也會導(dǎo)致空氣和水分與金屬護層接觸發(fā)生腐蝕反應(yīng),進而危害電纜主體。電纜護層故障原因主要有以下3種:

      (1) 電纜本體及附件在生產(chǎn)過程出現(xiàn)質(zhì)量問題,電纜護層有缺陷。

      (2) 電力電纜施工時沒有嚴格按照工藝要求進行,施工質(zhì)量較差,導(dǎo)致護層故障。

      (3) 由于市政、地鐵、房地產(chǎn)建設(shè)等野蠻施工,電纜護層受到外力破壞。

      2 故障分析與故障點查找

      2.1 電纜故障分析

      電纜故障一般可分為高阻、低阻故障;閃絡(luò)、封閉故障;接地、短路、斷線,混合故障;單相、兩相、三相故障。電纜故障分析需要先判斷故障的類型,并根據(jù)故障的原因做進一步檢測,以節(jié)省時間,提高診斷效率。故障的粗測和精測也需要檢修人員根據(jù)實際情況進行選擇,這樣才能更為有效地掌握故障情況,從而有利于進行進一步的綜合診斷。

      觀察故障現(xiàn)象并進行分析一般能對電纜故障的性質(zhì)進行初步判斷。比如說電纜發(fā)生的是短路故障還是接地故障能依據(jù)故障現(xiàn)象進行判斷,但具體是兩相短路還是三相短路亦或是混合故障則無法準確分析。對故障進行初步判斷后,就應(yīng)進行絕緣電阻的測定或?qū)ㄔ囼?,從而進一步判斷故障類型。測量絕緣電阻,就是使用兆歐表(1 kV以下的電纜用1 kV的兆歐表,1 kV以上的電纜用2 500 V的兆歐表)來測量電纜線芯之間和線芯對地的絕緣電阻;導(dǎo)通試驗則是將電纜的末端三相短接,用萬用表在電纜的首端測量線芯之間的電阻。

      2.2 電纜故障測距

      (1) 電橋法。電橋法是一種經(jīng)典測試方法,操作簡便、測量精確度高,適用于除高阻和閃絡(luò)型故障以外的其他故障檢測。這是因為一般靈敏度的電表無法檢測出高阻故障導(dǎo)致的微小電流。故障電阻甚至?xí)捎诠收宵c燒斷而升高,亦或是故障電阻過低導(dǎo)致永久短路,這都影響后期放電聲測法測定具體的故障點。

      (2) 低壓脈沖反射法。運用低壓脈沖反射法測試時,向電纜注入一低壓脈沖,該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點,如短路點、故障點、中間接頭等,脈沖產(chǎn)生反射,回送到測量點被儀器記錄下來,通過識別反射脈沖的極性,可以判定故障的性質(zhì)。這種方法可用于測量電纜的低阻、短路與斷路故障。它通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差測距,因此比較簡單和直觀,同時不需要知道電纜的準確長度等原始技術(shù)資料。根據(jù)脈沖反射波形還可容易地識別電纜接頭與分支點的位置,但其不能用于測量高阻與閃絡(luò)型故障。

      (3) 脈沖電壓法。高阻與閃絡(luò)性故障常用脈沖電壓法測定。這種方法使用了半個世紀之久,測定一直很精確。這種方法是對故障電纜通入直流高壓或脈沖高壓信號使故障處擊穿,通過測量觀察點和故障點之間脈沖電壓的間隔時間確定故障點位置。這種方法不需將故障點燒穿,且測試速度較快,測試過程也相對簡單、易于操作,因而對電纜故障檢測有重大貢獻。

      2.3 故障點的精確定位

      通過以上幾種方法進行電纜故障測定后,可對電纜故障發(fā)生的位置有一個模糊的定位,但進一步精確定位故障可使故障的排除工作更加便捷。在進行電纜故障精確定位前,要先了解電纜材料的具體信息、電纜敷設(shè)的方位走向以及接頭位置等。如果原始施工資料不齊全,即使知道電纜的故障距離,也不知道具體位置,則可借助電纜路徑探測儀先測定電纜的具體敷設(shè)路徑,再進行下一步的動作。

      利用聲磁同步法可測定高阻和閃絡(luò)型故障發(fā)生的具體位置。在電纜一端施加高壓脈沖后,故障點會發(fā)生伴隨聲音信號和電磁信號的放電,由于交聯(lián)聚乙烯電纜內(nèi)部存在大量無規(guī)則的氣隙,放電時擊穿處發(fā)出的聲音會在電纜的填充物內(nèi)漫射。這種方法最好選擇在夜間比較安靜時使用,既能收到明顯的磁場信號,還可避免噪聲對放電聲音的影響,有利于監(jiān)聽具體的故障位置。

      對于故障電阻小于10 Ω的低阻型的特別故障,放電聲微弱,甚至沒有放電聲,這時聲波檢測儀器就會喪失作用。這種情況下,可在電纜故障相注入沖擊電壓信號,沖擊電流經(jīng)過故障點后流回電源,由于電磁耦合作用會感應(yīng)出磁場,可通過電纜路徑儀器或磁場感應(yīng)儀器從電壓發(fā)射器的一側(cè)開始測量,磁場信號明顯變?nèi)趸蛲蝗恢袛嘞У牡胤骄褪枪收宵c。

      3 結(jié)語

      在高壓電纜故障中,電纜接頭處的故障占了比較大的比重,這種故障肉眼就能很快發(fā)現(xiàn),易于檢測,而線纜中間段的故障檢測難度則比較大。作為現(xiàn)場測試人員,一定要加強學(xué)習(xí),注意分析各種故障波形與正常波形的區(qū)別,在實際工作中認真總結(jié)、積累經(jīng)驗,提高故障分析與檢測的水平。

      [1]戴靜旭,劉杰,王彥偉,等.高壓電纜故障原因分析及對策措施[J].高電壓技術(shù),2004(Z1)

      [2]劉軍.高壓電纜頭故障的防治對策[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2011(29)

      2014-06-09

      王永生(1981—),男,吉林松原人,助理工程師,研究方向:電氣設(shè)備在線檢測。

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