電力電纜故障導測分析
作者：佚名
2010-09-03 14:51
來源：不詳
摘要]
近年來,我國電網(wǎng)建設持續(xù)快速發(fā)展,地下電力電纜輸配電線路逐步取代架空線路為整潔明快的市容市貌提供了先決條件。城市電網(wǎng)電纜化程度將是衡量城市電網(wǎng)技術經(jīng)濟水平的重要標志。但是,由于電力電纜在制造、敷設施工、運行維護過程中,不可避免地套出現(xiàn)產(chǎn)品質量、過負荷運行以及外力破壞等問題,它們是導致電纜線路中電纜本體發(fā)生運行故障的直接原因。文章結合實際情況,分析電力電纜故障的原因,提出縮短電力電纜故障修復時間、提高供電可靠性、減少停電損失的措施,在實際應用中收到良好效果。
[關鍵詞]電力電纜;試驗;故障;導測分析
[作者簡介]梁書銘,廣東電網(wǎng)公司茂名高州供電局助理工程師,研究方向:變電一次設備試驗,廣東高州,525200
[中圖分類號]TM247 [文獻標識碼]A [文章編號]1007-7723(2009)01-0124-0002
高州市農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積約3200平方公里,用電戶數(shù)130萬,目前高州市市區(qū)電網(wǎng)基本都實現(xiàn)了電纜化。由于城市建設速度的加快,電力電纜受到外力破壞的機會大大增加。電力電纜遭到破壞不僅會給供電企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失,而且嚴重影響供電可靠性,給廣大人民群眾的生活生產(chǎn)帶來極大的不便。因此,為了在電力電纜出現(xiàn)故障的時候盡量縮短電力電纜故障修復時間,提高供電可靠性,減少停電損失,有必要對電力電纜進行故障導測分析。
一、電纜故障產(chǎn)生的原因
(一)主要故障原因
1 機械損傷(外力破壞):占58%,當時不一定損壞。
2 附件制造質量的原因:占27%,接頭的制作。
3 敷設施工質量的原因:占12%。
4 電纜本體的原因:占3%,電纜的制作工藝與絕緣老化。
(二)故障分類
1 按故障電阻與芯線情況分為開路故障、短路(低阻)故障、高阻(泄漏性)故障、(高阻)閃絡性故障。
2 按表面現(xiàn)象分為開放性故障和封閉性故障。
3 按接地現(xiàn)象分為單相接地故障、相間故障和多相接地混合性故障。
4 按故障位置分為接頭故障和電纜本體故障。
二、故障探測的基本步驟
第一,故障性質診斷,即了解故障性質、故障原因、敷設環(huán)境、運行情況等,選擇合適的故障探測方法。
第二,故障測距,在電纜一端用儀器測定故障點的距離。
第三,故障定點,按照測距結果,在一定范圍內精確測定故障點具體位置。
三、電力電纜故障測距方法
電力電纜故障測距方法分為電橋法和脈沖法,其中電橋法又可分為傳統(tǒng)直流電橋、壓降比較法和直流電阻法;脈沖法分為低壓脈沖法、脈沖電壓法、脈沖電流法和二次脈沖法。以上各種方法的適用范圍如表1所示。
(一)低壓脈沖法
適用范圍:低阻短路故障(絕緣故障電阻小于幾百歐的故障)、開路故障。據(jù)統(tǒng)計,這類故障約占電纜故障的10%。低壓脈沖法還可用于測量電纜的長度、電磁波在電纜中的傳播速度,也可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭與終端頭等。關于波速度,低壓脈沖測試原理的測試公式L=Vo△t/2中的V就是電磁波在電纜中傳播的速度,我們簡稱為波速度。理論分析表明,波速度與電纜的絕緣介質有關,與電纜芯線的線徑及芯線的材料無關,只要電纜的絕緣介質一樣,波速度就一樣?，F(xiàn)在大部分電纜都是膠聯(lián)聚乙烯或油浸紙電纜,它們的參考數(shù)據(jù)是:膠聯(lián)聚乙烯電纜的波速是170~172m/us、油浸紙電纜的波速為160 m/us。
低壓脈沖反射波形比較法,在實際測量時,電纜結構可能比較復雜,存在著接頭點、分支點或低阻故障點等;特別是低阻故障點的電阻相對較大時反射波形相對比較平滑,其大小可能還不如接頭反射,更使得脈沖反射波形不太容易理解,波形起始點不好標定。對于這種情況我們可以用低壓脈沖比較測量法測試。
(二)脈沖電流法
將電纜故障點用高電壓擊穿,用儀器采集并記錄下故障點擊穿產(chǎn)生的電流行波信號,通過分析判斷電流行波信號在測量端與故障點往返一趟的時間來計算故障距離。脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號。
1 脈沖電流——直流閃絡測試法。適用于閃絡型故障的測試。給故障電纜施加直流高電壓信號,使故障點擊穿,根據(jù)故障點放電脈沖在測量端及故障點往返一趟的時間計算故障距離。
2 脈沖電流——沖擊閃絡測試法。高阻故障如果使用直閃法測試,電壓會大量泄到發(fā)生器的內阻上,容易損害高壓發(fā)生器;同時加到電纜上的電壓很小,不利于故障點的擊穿。對于高阻故障,需要使用沖閃法,在給脈沖電容充電后再加到故障上去,脈沖高電壓使故障點擊穿放電。“脈沖電流沖閃法”測量原理,由“高壓脈沖產(chǎn)生器”產(chǎn)生一高壓脈沖加到被測電纜的故障相,故障點在高壓的作用下發(fā)生瞬間閃絡放電,電火花使得故障點變?yōu)槎搪饭收?并維持幾us-幾百ms時間,在故障點和測量端間同時自動產(chǎn)生來回反射波形。通過測量相鄰兩次來回反射波形的時間T,并通過公式S=VT/2計算出故障點到測量端的距離。
(三)二次脈沖法
二次脈沖測距方法在高壓信號發(fā)生器和二次脈沖信號耦合器的配合下,可用來測量電力電纜的高阻和閃絡性故障的距離,波形更簡單,容易識別。二次脈沖測距方法結合低壓脈沖法的波形簡單與脈沖電流法可以測量高阻故障的優(yōu)點,用高壓脈沖擊穿故障,并用穩(wěn)弧器延長故障電弧,持續(xù)時間故障電弧持續(xù)時間內,向故障點發(fā)射低壓脈沖,獲得脈沖反射波形,稱為電弧脈沖反射波形。將電弧脈沖反射波形與電纜不帶電(故障點不擊穿波形比較),波形上開始有明顯差異的點即故障點。
二次脈沖測距方法的二次脈沖反射波形簡單,易于識別故障點。但設備接線復雜,體積大且故障擊穿機會較脈沖電流法減少。
四、電纜故障定點方法
(一)音頻信號感應法
應用查找路徑的“音頻電流感應法”,對不能產(chǎn)生放電聲音的金屬性短路故障進行精確定位。精度低,易受干擾。
(二)聲測法
通過測量故障點的放電聲音,對能發(fā)出放電的故障進行精確定位。精度低,易受干擾。
(三)聲磁同步接收法
通過測量故障點放電產(chǎn)生的聲音信號和脈沖磁場信號傳到傳感器的時間差,對能發(fā)出放電的故障進行精確定位。精度高,不易受干擾。
(四)跨步電壓法
應用“電位差原理”對直埋電纜的開放性故障和超高壓電纜護套故障進行精確定位。
五、高壓電纜主絕緣故障的特點與測試方法選擇
(一)高壓電纜的基本情況與主絕緣故障的特點
1 這里的高壓電纜指的是6kV及其以上等級的電纜,主要有6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等各個等級。它一般有三芯統(tǒng)包型和單芯分包型兩種組成形式。其中,單芯電纜又分有金屬護層和沒有金屬護層兩個類型。66kV及以上等級的單芯電纜一般都有金屬護層,6kV、10kV、35kV等級的單芯電纜一般沒有金屬護層,而6kV等級的三芯統(tǒng)包電纜一般也沒有金屬護層。
2 高壓電纜的絕緣層相對較厚,產(chǎn)生的主絕緣故障90%以上都是高阻故障或閃絡性故障。其中,在運行中發(fā)生的故障一般是開放性的高阻故障,而在試驗時發(fā)生的故障有一部分是封閉性的閃絡性故障。
3 高壓電纜的敷設工藝要求比較高,特別是無護層的單芯電纜,一般要求穿PVC管敷設。雖然高壓電纜大都有金屬護層,沒有金屬護層的要求穿PVC管敷設,高壓電纜不會像低壓電纜那樣易受到外力破壞,但因受外力破壞而發(fā)生的故障,在所有高壓電纜的故障中占的比例還是非常大的。
4 無論多高電壓等級的電纜,其發(fā)生主絕緣故障后,用30kV的高壓信號發(fā)生器一般都能使故障點擊穿。對于不能擊穿的閃絡性故障,多做幾次試驗后,就能擊穿了。
(二)測試方法選擇
1 故障測距。由于高壓電纜發(fā)生的主絕緣故障一般是高阻及閃絡性故障,所以故障測距一般選擇脈沖電流法或二次脈沖法。
對于無金屬護層的單芯電纜,如果電纜某處的表皮受到破壞,使電纜內進入了大面積潮氣,天長日久,電纜的銅屏蔽就會因被氧化而生銹。用高壓信號發(fā)生器向這種故障電纜中施加脈沖電壓時,銅皮的壓接處可能會發(fā)生火花放電,其放電產(chǎn)生的脈沖信號和真正故障點放電產(chǎn)生的脈沖信號疊加后,會使放電信號波形變得復雜而無法識別和分析。對于這種電纜故障的測試,脈沖電流法與二次脈沖法不再適用,需要用電橋法進行測距。
2 故障定點。由于高壓電纜發(fā)生的主絕緣故障一般是高阻及閃絡性故障,向電纜中施加脈沖高壓使故障點放電時,故障點處一般會產(chǎn)生放電聲音。所以,故障定點選擇聲磁同步法最為合適。
對于穿管敷設的電纜,由于放電聲音被封到管內,在地面上有可能收不到放電產(chǎn)生的聲音信號,這時需用其他可行的方法尋找故障點。
對于故障點處穿鐵管的電纜,因脈沖磁場信號被鐵管屏蔽,也無法用聲磁同步法進行定點;由于單芯電纜的芯線與金屬護層同軸,在單芯電纜發(fā)生了封閉性故障,和雖然發(fā)生了開放性故障但其故障點在比較干燥的PVC管內時,通過兩者的脈沖電流信號的大小基本相同,方向相反,產(chǎn)生的磁場相互抵消,在地面上也接收不到脈沖磁場信號,同樣無法用聲磁同步法定點。這時,可以選擇聲測法或其他可行的方法。
關鍵詞：電力電纜故障
近年來,我國電網(wǎng)建設持續(xù)快速發(fā)展,地下電力電纜輸配電線路逐步取代架空線路為整潔明快的市容市貌提供了先決條件。城市電網(wǎng)電纜化程度將是衡量城市電網(wǎng)技術經(jīng)濟水平的重要標志。但是,由于電力電纜在制造、敷設施工、運行維護過程中,不可避免地套出現(xiàn)產(chǎn)品質量、過負荷運行以及外力破壞等問題,它們是導致電纜線路中電纜本體發(fā)生運行故障的直接原因。文章結合實際情況,分析電力電纜故障的原因,提出縮短電力電纜故障修復時間、提高供電可靠性、減少停電損失的措施,在實際應用中收到良好效果。
[關鍵詞]電力電纜;試驗;故障;導測分析
[作者簡介]梁書銘,廣東電網(wǎng)公司茂名高州供電局助理工程師,研究方向:變電一次設備試驗,廣東高州,525200
[中圖分類號]TM247 [文獻標識碼]A [文章編號]1007-7723(2009)01-0124-0002
高州市農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積約3200平方公里,用電戶數(shù)130萬,目前高州市市區(qū)電網(wǎng)基本都實現(xiàn)了電纜化。由于城市建設速度的加快,電力電纜受到外力破壞的機會大大增加。電力電纜遭到破壞不僅會給供電企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失,而且嚴重影響供電可靠性,給廣大人民群眾的生活生產(chǎn)帶來極大的不便。因此,為了在電力電纜出現(xiàn)故障的時候盡量縮短電力電纜故障修復時間,提高供電可靠性,減少停電損失,有必要對電力電纜進行故障導測分析。
一、電纜故障產(chǎn)生的原因
(一)主要故障原因
1 機械損傷(外力破壞):占58%,當時不一定損壞。
2 附件制造質量的原因:占27%,接頭的制作。
3 敷設施工質量的原因:占12%。
4 電纜本體的原因:占3%,電纜的制作工藝與絕緣老化。
(二)故障分類
1 按故障電阻與芯線情況分為開路故障、短路(低阻)故障、高阻(泄漏性)故障、(高阻)閃絡性故障。
2 按表面現(xiàn)象分為開放性故障和封閉性故障。
3 按接地現(xiàn)象分為單相接地故障、相間故障和多相接地混合性故障。
4 按故障位置分為接頭故障和電纜本體故障。
二、故障探測的基本步驟
第一,故障性質診斷,即了解故障性質、故障原因、敷設環(huán)境、運行情況等,選擇合適的故障探測方法。
第二,故障測距,在電纜一端用儀器測定故障點的距離。
第三,故障定點,按照測距結果,在一定范圍內精確測定故障點具體位置。
三、電力電纜故障測距方法
電力電纜故障測距方法分為電橋法和脈沖法,其中電橋法又可分為傳統(tǒng)直流電橋、壓降比較法和直流電阻法;脈沖法分為低壓脈沖法、脈沖電壓法、脈沖電流法和二次脈沖法。以上各種方法的適用范圍如表1所示。
(一)低壓脈沖法
適用范圍:低阻短路故障(絕緣故障電阻小于幾百歐的故障)、開路故障。據(jù)統(tǒng)計,這類故障約占電纜故障的10%。低壓脈沖法還可用于測量電纜的長度、電磁波在電纜中的傳播速度,也可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭與終端頭等。關于波速度,低壓脈沖測試原理的測試公式L=Vo△t/2中的V就是電磁波在電纜中傳播的速度,我們簡稱為波速度。理論分析表明,波速度與電纜的絕緣介質有關,與電纜芯線的線徑及芯線的材料無關,只要電纜的絕緣介質一樣,波速度就一樣?，F(xiàn)在大部分電纜都是膠聯(lián)聚乙烯或油浸紙電纜,它們的參考數(shù)據(jù)是:膠聯(lián)聚乙烯電纜的波速是170~172m/us、油浸紙電纜的波速為160 m/us。
低壓脈沖反射波形比較法,在實際測量時,電纜結構可能比較復雜,存在著接頭點、分支點或低阻故障點等;特別是低阻故障點的電阻相對較大時反射波形相對比較平滑,其大小可能還不如接頭反射,更使得脈沖反射波形不太容易理解,波形起始點不好標定。對于這種情況我們可以用低壓脈沖比較測量法測試。
(二)脈沖電流法
將電纜故障點用高電壓擊穿,用儀器采集并記錄下故障點擊穿產(chǎn)生的電流行波信號,通過分析判斷電流行波信號在測量端與故障點往返一趟的時間來計算故障距離。脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號。
1 脈沖電流——直流閃絡測試法。適用于閃絡型故障的測試。給故障電纜施加直流高電壓信號,使故障點擊穿,根據(jù)故障點放電脈沖在測量端及故障點往返一趟的時間計算故障距離。
2 脈沖電流——沖擊閃絡測試法。高阻故障如果使用直閃法測試,電壓會大量泄到發(fā)生器的內阻上,容易損害高壓發(fā)生器;同時加到電纜上的電壓很小,不利于故障點的擊穿。對于高阻故障,需要使用沖閃法,在給脈沖電容充電后再加到故障上去,脈沖高電壓使故障點擊穿放電。“脈沖電流沖閃法”測量原理,由“高壓脈沖產(chǎn)生器”產(chǎn)生一高壓脈沖加到被測電纜的故障相,故障點在高壓的作用下發(fā)生瞬間閃絡放電,電火花使得故障點變?yōu)槎搪饭收?并維持幾us-幾百ms時間,在故障點和測量端間同時自動產(chǎn)生來回反射波形。通過測量相鄰兩次來回反射波形的時間T,并通過公式S=VT/2計算出故障點到測量端的距離。
(三)二次脈沖法
二次脈沖測距方法在高壓信號發(fā)生器和二次脈沖信號耦合器的配合下,可用來測量電力電纜的高阻和閃絡性故障的距離,波形更簡單,容易識別。二次脈沖測距方法結合低壓脈沖法的波形簡單與脈沖電流法可以測量高阻故障的優(yōu)點,用高壓脈沖擊穿故障,并用穩(wěn)弧器延長故障電弧,持續(xù)時間故障電弧持續(xù)時間內,向故障點發(fā)射低壓脈沖,獲得脈沖反射波形,稱為電弧脈沖反射波形。將電弧脈沖反射波形與電纜不帶電(故障點不擊穿波形比較),波形上開始有明顯差異的點即故障點。
二次脈沖測距方法的二次脈沖反射波形簡單,易于識別故障點。但設備接線復雜,體積大且故障擊穿機會較脈沖電流法減少。
四、電纜故障定點方法
(一)音頻信號感應法
應用查找路徑的“音頻電流感應法”,對不能產(chǎn)生放電聲音的金屬性短路故障進行精確定位。精度低,易受干擾。
(二)聲測法
通過測量故障點的放電聲音,對能發(fā)出放電的故障進行精確定位。精度低,易受干擾。
(三)聲磁同步接收法
通過測量故障點放電產(chǎn)生的聲音信號和脈沖磁場信號傳到傳感器的時間差,對能發(fā)出放電的故障進行精確定位。精度高,不易受干擾。
(四)跨步電壓法
應用“電位差原理”對直埋電纜的開放性故障和超高壓電纜護套故障進行精確定位。
五、高壓電纜主絕緣故障的特點與測試方法選擇
(一)高壓電纜的基本情況與主絕緣故障的特點
1 這里的高壓電纜指的是6kV及其以上等級的電纜,主要有6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等各個等級。它一般有三芯統(tǒng)包型和單芯分包型兩種組成形式。其中,單芯電纜又分有金屬護層和沒有金屬護層兩個類型。66kV及以上等級的單芯電纜一般都有金屬護層,6kV、10kV、35kV等級的單芯電纜一般沒有金屬護層,而6kV等級的三芯統(tǒng)包電纜一般也沒有金屬護層。
2 高壓電纜的絕緣層相對較厚,產(chǎn)生的主絕緣故障90%以上都是高阻故障或閃絡性故障。其中,在運行中發(fā)生的故障一般是開放性的高阻故障,而在試驗時發(fā)生的故障有一部分是封閉性的閃絡性故障。
3 高壓電纜的敷設工藝要求比較高,特別是無護層的單芯電纜,一般要求穿PVC管敷設。雖然高壓電纜大都有金屬護層,沒有金屬護層的要求穿PVC管敷設,高壓電纜不會像低壓電纜那樣易受到外力破壞,但因受外力破壞而發(fā)生的故障,在所有高壓電纜的故障中占的比例還是非常大的。
4 無論多高電壓等級的電纜,其發(fā)生主絕緣故障后,用30kV的高壓信號發(fā)生器一般都能使故障點擊穿。對于不能擊穿的閃絡性故障,多做幾次試驗后,就能擊穿了。
(二)測試方法選擇
1 故障測距。由于高壓電纜發(fā)生的主絕緣故障一般是高阻及閃絡性故障,所以故障測距一般選擇脈沖電流法或二次脈沖法。
對于無金屬護層的單芯電纜,如果電纜某處的表皮受到破壞,使電纜內進入了大面積潮氣,天長日久,電纜的銅屏蔽就會因被氧化而生銹。用高壓信號發(fā)生器向這種故障電纜中施加脈沖電壓時,銅皮的壓接處可能會發(fā)生火花放電,其放電產(chǎn)生的脈沖信號和真正故障點放電產(chǎn)生的脈沖信號疊加后,會使放電信號波形變得復雜而無法識別和分析。對于這種電纜故障的測試,脈沖電流法與二次脈沖法不再適用,需要用電橋法進行測距。
2 故障定點。由于高壓電纜發(fā)生的主絕緣故障一般是高阻及閃絡性故障,向電纜中施加脈沖高壓使故障點放電時,故障點處一般會產(chǎn)生放電聲音。所以,故障定點選擇聲磁同步法最為合適。
對于穿管敷設的電纜,由于放電聲音被封到管內,在地面上有可能收不到放電產(chǎn)生的聲音信號,這時需用其他可行的方法尋找故障點。
對于故障點處穿鐵管的電纜,因脈沖磁場信號被鐵管屏蔽,也無法用聲磁同步法進行定點;由于單芯電纜的芯線與金屬護層同軸,在單芯電纜發(fā)生了封閉性故障,和雖然發(fā)生了開放性故障但其故障點在比較干燥的PVC管內時,通過兩者的脈沖電流信號的大小基本相同,方向相反,產(chǎn)生的磁場相互抵消,在地面上也接收不到脈沖磁場信號,同樣無法用聲磁同步法定點。這時,可以選擇聲測法或其他可行的方法。
關鍵詞：電力電纜故障
上一篇：電線電纜基礎知識培訓
