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中圖分類號:TM247文獻標識碼: A
引言
電力工業是國民經濟的支柱產業,同時又是其它產業能夠穩定發展的保證[1]。因此,保證電力系統運行的安全性、可靠性是國民經濟能否穩定快速發展的關鍵。輸電線路擔負著傳送電能的重要任務,是電力系統的經濟命脈,其故障直接威脅到電力系統的安全運行。
一、引起電力電纜故障的原因
電力電纜是電氣工程的重要組成部分,用來傳輸和分配電能,具有占地少、供電可靠、施工便利、絕緣性能好、能提供容性功率提高功率因素、運行及維護簡單等特點。但電力電纜存在絕緣老化變質、電纜接頭過熱、保護層機械損傷、諧波及過電壓造成擊穿引起電纜故障、中間接頭及終端頭設計、電纜頭材料選擇和制作工藝影響等問題。同時電纜事故往往造成一定的損失。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。
1、絕緣老化變質;電力電纜長期處于電、熱、化學及機械作用環境中,從而使絕緣介質發生物理及化學變化,導致介質損耗加大,絕緣強度下降。
2、電纜過熱;造成電纜過熱的主要原因是電纜內部氣隙游離造成局部受熱,加速絕緣老化、碳化,電纜過載或表面散熱不佳導致絕緣加速老化。
3、過電壓造成擊穿;雷擊過電壓和諧振過電壓使電纜絕緣所承受的耐受電壓超過允許值而造成擊穿。
4、中間接頭、終端頭材料選擇和制作工藝問題;設計電纜電壓等級低于運行電壓,電纜處于長期過電壓運行狀態,加速絕緣老化,縮短電纜使用壽命。電纜頭材料選擇不當,由于電纜絕緣材料和電纜頭材料材質不同,熱脹冷縮系數不同,長期運行電纜和電纜頭之間產生間隙,發生樹狀爬電,引發電纜放電擊穿。電纜頭制作工藝不規范,剝離半導體時損傷電纜絕緣,半導體剝離長度不夠,絕緣表面存在微粒、灰塵等雜質,造成絕緣強度下降,使用壽命縮短。
5、絕緣受潮、腐蝕、外力損傷;中間接頭或電纜頭因做頭密封不嚴造成絕緣受潮,穿墻套管外側防雨棚設計不合理,造成電纜頭長期淋雨受潮,引起電纜頭擊穿放電。
二、電力電纜故障類型
根據故障電阻與擊穿間隙情況,電纜故障可分為低阻、高阻、開路與閃絡性故障。
1、低電阻接地或短路故障:電纜線路一相導體對地或數相導體對地或數相導體之間的絕緣電阻低于正常阻值較多,電阻值低于10Zc(Zc為電纜線路波阻抗),而導體連續性良好。常見類型有單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路接地等。
2、高電阻接地或短路故障:與低電阻接地或短路故障相似,但區別在于接地或短路的電阻大于10Zc而芯線連接良好。常見類型有單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路接地等。
3、開路故障:電纜各相導體的絕緣電阻符合規定,但導體的連續性試驗證明有一相或數相導體不連續,或雖未斷開但工作電壓不能傳輸到終端,或雖然終端有電壓但負載能力較差。常見類型有單相斷線、兩相斷線、三相斷線。
4、閃絡故障:低電壓時電纜絕緣良好,當電壓升高到一定值或在某一較高電壓持續一定時間后,絕緣發生瞬時擊穿現象。常見類型有單相剮絡、兩相閃絡、三相閃絡。
三、電纜故障測距方法分析
1、電橋法
將被測電纜終端故障相與非故障相短接,電橋兩臂分別接故障相和非故障相,通過調節電阻使得電橋達到平衡,通過公式計算出故障點的距離。目前現場中電橋法用的越來越少,但是對于一些沒有明顯的低壓脈沖反射,又不容易用高壓擊穿的特殊故障,使用電橋法往往可以解決問題。電橋法的優點是簡單、方便、精確度高,但其主要缺點是不適用于高阻抗與閃絡性故障以及相間短路性故障。
2、脈沖電壓法
又稱閃測法,是20世紀70年展起來的用于測量高阻與閃絡性故障的方法。該方法首先將電纜故障點在直流高壓(直閃法)或沖擊高壓(沖閃法)信號下擊穿,然后記錄下放電脈沖在測量點與故障點往返一次所需的時間,再根據電波在電纜中的傳播速度,就可算出故障點的距離。該方法測試速度快,波形清晰易判。但其接線復雜,分壓過大時對人和儀器有危險。
3、低壓脈沖反射法
測試時向電力電纜的故障相注入低壓脈沖。該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點即故障點時,脈沖產生反射回送到測試點由儀器記錄下來,根據發射脈沖與反射脈沖的往返時間差和脈沖在電纜中傳播的波速度,便可計算出故障點離測試點的距離。該方法的優點是簡單直觀,不需要知道電纜的準確長度等原始資料;缺點是不能適用于高阻抗與閃絡性故障,需要知道電纜的走向。
4、二次脈沖法
20世紀90年代,國外發明二次脈沖法。它先用高壓脈沖將故障點擊穿,在故障點起弧后熄弧前,由測試儀器向電纜耦合注入一低壓脈沖。此脈沖在故障點閃絡處(電弧的電阻值很低)發生短路反射,并記憶在儀器中。電弧熄滅后,測量儀器復發一測量脈沖通過故障處直達電纜末端并發生開路反射,比較兩次低壓脈沖波形可非常容易地判斷故障點(擊穿點)位置。二次脈沖法使得電纜高阻故障的測試變得十分簡單,是目前電力電纜故障離線測試最先進的基礎測試方法。
四、故障定點
1、聲測定點法
聲測定點法是電纜故障的主要定點方法,主要用于測量高阻與閃絡性故障,測量時使用高壓設備使故障點擊穿放電,故障間隙放電時產生的機械振動,傳到地面,便聽到“啪、啪”的聲音,利用這種現象可以十分準確地對電纜故障進行定點,缺點是受外界干擾較大。
2、聲磁法
在向電纜施加沖擊高壓信號使故障點放電時,會在電纜的外皮與大地形成的回路中感應出環流來,這一環流在電纜周圍產生脈沖磁場,在監聽到聲音信號的同時,接受到脈沖磁場信號,即可判斷該聲音是由故障點放電產生的,故障點就在附近。
3、音頻感應法
探測時,用1kHz的音頻信號發生器向待測電纜通音頻電流,發出電磁波;然后在地面上用探頭沿被測電纜路徑接收電磁場信號,并將之送入放大器進行放大,將放大后的信號送人耳機或指示儀表,根據耳機中聲響的強弱或指示儀表的指示值大小而定出故障點的位置,當探頭從故障點前移l~2m時,音頻信號中斷,則音頻信號最強處為故障點。
五、故障測距方法
近年來,還有許多新穎的測距方法被提出,如優化方法、卡爾曼濾波技術、模式識別技術、概率和統計決策、模糊理論和光纖測距等方法,目前多處于研究階段,電纜的故障是很復雜的,目前還沒有一種萬能的儀器可以檢測所有的故障。按其主要功能可分為以下幾類:
1、簡單便攜式檢測設備
這類設備結構簡單、功能單一,是較早期的產品。國外的T510便攜式電纜故障遙測儀就屬于這類產品,它采用脈沖反射法,由電池驅動,正常使用3個月,最大工作距離為3km,精度為1.6%,我國科匯公司生產的T-COl也屬于這類產品。
2、有一定附加功能的檢測設備
這類產品可以對檢測資料進行簡單的處理,并有一定的附加功能。英國百考泰思特公司的通信故障遙測儀器屬于這類設備,它的檢測范圍為20km,精度為1%,檢測的結果也可直接打印,也可輸入PC機存儲、分析,是目前較先進的儀器。國內的同類產品有武漢的桑迪電子儀器公司WY系列的WY51313電纜故障路徑探測儀,它利用脈沖反射法的基本原理,可自動定位故障點,并有發訊功能。它的檢測距離為3km,分辨率為1%。此外國內淄博通信電器有限公司的TC98通信電纜障礙測試儀、TCO2市話電纜線路障礙測試儀;成都華泰儀器有限公司的DLC、DXC和GTA-2等測試儀都屬于此類檢測設備。
3、功能強勁的檢測系統
這一類設備大多由前臺檢測、數據傳輸、后臺控制處理等部分構成。具有狀態資料的采集、傳輸、處理的功能。意大利的尼考特拉(NlCOTRA)電纜監控系統屬于這類設備,它是近幾年才引進我國的電信市話維護的高技術設備,主要用于充氣電纜的檢測。系統有檢測控制中心、數據采集器單元DSA-800、傳感器系統、全自動電子干燥系統、電子流量配氣單元五部分組成。它通過數據傳輸、定時檢測、自動檢測、實時操作等基本操作,可完成電纜氣壓值的測定、估測電纜漏氣點等檢測功能,并警告維護人員,而且在建立的系統數據庫中可存有線路的技術資料和維修檔案,極大地方便了維護人員和工程技術人員對線路的維護和改造。這套系統改變了傳統的充氣維護模式,有效地提高了線路設備的維護質量和管理水平。
結束語
隨著電纜電網的發展,電纜的運用越來越廣泛,在電纜數量增加、工作時間延長的環境下,其故障發生頻率也逐漸升高,而由于電纜路線隱蔽性強、檢測設備和技術有限等原因的影響,使得電纜故障檢測難度提升,然而電力電纜一旦發生故障將直接影響著整個電力系統的安全運行,因此我們需要準確、迅速、經濟地查找出電纜故障。
參考文獻
[1]李明華,閆春江,嚴璋.高壓電纜故障測距及定位方法[J].高壓電器,2012年
[2]陳韶勇,李越.電力電纜常見故障檢測方法[J].科技創新導報,2012年
[關鍵詞]航標電纜;故障;排除
中圖分類號:TM621 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)09-0278-01
運輸行業的不斷進步與發展,水路運輸獲得良好的發展。在實際的航運中,航標是夜間助航的重要保障,能夠有效的提高夜航質量,規避各類安全事故的發生,提高航運的安全系數,確保航運的經濟效益。航標電纜是確保航標穩定運行的關鍵因素,但是航標電纜在實際的運行過程中,難免會發生故障。一旦航標電纜發生故障,會使得航標不能正常運行,影響航運的安全。因此,需要加強對航標電纜的維護和管理工作,及時發現航標電纜中的故障,合理的見故障分析,及時的排除故障,從而確保航標的穩定運行。
一、航標電纜的相關概述
科學技術的不斷進步,航標的電源供應逐漸發生變化,現階段,許多航標的電源都由太陽能、風能、波能等供電。但是對于一些重要的航標仍舊需要采用市電的供應方式。航標電纜是連接電瓶、燈器、電池板之間的重要線路,是確保航標穩定運行的重要保障。
(一)航標電纜的特點
航標電纜其本質是作用于航標的電力。電纜線路一般的建設費用都比較高,高于各類線路的建設質量,電纜能夠有效的完成線路不能完成的任務,廣泛適用于對電力供應穩定性強的項目中。航標電纜需要具備的特點主要有:
(1)航標電纜一般是連接太陽能電池板、燈器、電瓶之間的紐帶,電纜之間的絕緣距離不大,航標電纜的占地面積少,廣泛應用于航運航標供電中。
(2)航標電纜受外界環境干擾小,適應范圍廣,具有穩定的電力傳輸性能,確保航標的穩定運行,確保航標供電的可靠性,確保航運的安全。
(3)航標電纜更加適應航標的使用,航標電纜向超高壓和大容量的發展,確保航標電纜的穩定運行。
(二)航標用電纜的型號選擇
水路航標是確保水路運輸的重要保障,因此需要合理的對電纜的型號和性能進行選擇,從而確保航標電纜能夠穩定運行,提高航標的運行效率。尤其是大霧天氣和夜晚航標的穩定,是航運安全的重要保障。
航標的電壓、電流環境的不同,航標適用的電纜也存在一定的差異,因此,針對不同的航標需要合理的對電纜的型號和性能進行選擇,從而確保航標的穩定運行。不同絕緣類型電纜還需要結合不同類型的航標、外保護層和芯數等進行控制。航標電纜主要有:油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜、橡皮絕緣電纜等。在實際的航標電纜使用時需要合理的對航標電纜進行選擇,從而確保航標電纜的穩定運行。
二、航標電纜的故障
航標電纜在實際的使用過程故障時再不可避免的,電纜在長期的使用過程中受到人為因素和自然因素等的影響,會導致航標電纜出現故障,航標電纜出現故障必然會造成航標停電,導致航標不能正常運行,影響航運的安全。航標電纜的故障主要有短路與斷路。
(一)航標電纜的斷路
航標電纜的斷路是電纜的在實際的運行過程中受到外界環境的干擾,航標電纜在安裝時受到損害、自然受損、外力破壞等都會導致航標電纜出現斷線的情況,也就導致航標電纜斷路的發生。而且電纜接頭處出現接觸不良和過負荷的情況會導致電纜出現燒斷的情況。航標電纜的斷路發生必然會導致航標的斷電,影響航運的安全。例如:某港口企業的航標,受到船只刮碰,造成航標電纜斷線,造成航標電纜不能正常工作,造成安全隱患。
(二)航標電纜的短路
短路故障時航標電纜使用過程中常見的故障,短路故障必然會導致都航標的電纜不能正常使用,影響航運的質量。航標電纜短路事故主要是由于航標電纜線的老化,造成絕緣損壞,導致電纜出現漏電的現象發生:導體與導體之間的連接、導體與鋼帶之間的連接、導體與屏蔽之間產生連接。造成航標電纜出現短路的現象,使得航標不能正常運行。例如:某港口的航標電纜的本身質量不達標出廠時有小洞,在受到海浪的作用出線漏電的故障,直接導致航標電纜出現短路故障。而且航標電纜的故障點的查找、故障的排除都十分困難,嚴重時會給港口企業帶來很大的經濟損失,給航運帶來重大的安全隱患。
(三)絕緣受潮
一些航標電纜處于暴露的環境,會受到外界環境的影響。如果電纜的質量的不能達到預期標準,電纜終端或中間接頭處密封性不達標、航標電纜收到海水腐蝕造成電纜受損。會導致航標電纜的絕緣層完整性不能得到保障,絕緣介質受潮,造成電纜的電阻降低,造成漏電電纜的增多,影響航標的正常運行。
三、航標電纜故障的故障檢測
航標電纜的故障排除較為困難,需要掌握適宜的方法,合理的對航標導線故障進行排除。首先需要合理的對進行故障點的檢測工作。
(1)一般性檢查,借助航標電纜的故障現象,對航標的斷路和短路進行判斷。如果保護開關出現保護動作,可以初步判斷為航標電纜出現短路故障,反之為斷路故障。為了及時發現航標電纜的故障點,先對電纜兩端的接頭容易出現故障的部位進行監測,判斷故障點。但是一般性檢查的局限性高,不能滿足所以航標電纜的故障點排除。
(2)相關技術檢測,隨著科學技術的不斷進步,各類航標電纜故障檢測技術不斷開發。現階段,常用的航標電纜故障檢測技術有:人工神經網絡檢測技術、GPS行波故障定位、分光式的光纖維溫度傳感器。通過先進的檢測技術能夠有效的、精準的對故障點進行查找,便于故障排除工作的順利展開。
四、航標電纜的故障排除
(一)航標電纜斷路故障排除
航標電纜出現斷路故障時,通過上述故障點查找技術,科學的對斷路點進行定位,定位完成后由專業維護人員對線路進行處理,合理的對航標電纜的保護層進行切割,科學的對航標電纜頭的制作,確保航標電纜的穩定性和可靠性。
(二)航標電纜短路故障的排除
航標電纜出現短路故障時,會影響航標的穩定運行。在實際的短路故障處理時,找到故障點后,將故障部分進行清除,然后制作電纜頭重新對電纜進行連接,合理的對電纜頭進行連接,在實際的電纜頭連接時,需要在電纜頭的兩端分別去掉一截,確保電纜的絕緣良好。實際的接合過程中,采取焊接的方式,進行連接。接合完成后需要及時的進行絕緣包扎,包扎完成后采用材料樹脂材料進行灌注,合理的對其進行固定,航標電纜的固定。固定完成后對合理的對保護層進行布置,確保航標電纜的質量,完成故障的排除。當航標電纜線路不長時,可以直接對電纜進行更換。
加強對航標電纜的質量控制,在實際的航標電纜采購的過程中,需要重視航標電纜的質量控制,嚴格的對航標電纜進行檢測,避免航標電纜出現本身質量原因引起的小洞,影響航標電纜的穩定運行。
(三)受潮故障的排除
針對航標電纜的出現受潮故障,在實際的電纜鋪設之前需要合理的對電纜的材料進行選擇、合理的對電纜的接頭的密封處進行密封、采用耐腐蝕能力強的材料,從而有效的提高電力的工作質量,確保電纜的穩定運行。其次,還需要合理的對電纜的絕緣保護層進行維護和檢測,避免航標電纜出現絕緣層不夠完整的情況,確保航標電纜的電阻達標。還需要加強航標電纜的養護工作,避免航標電纜出線
結束語
隨著社會經濟的不斷進步,交通運輸的能力不斷提升,航標是確保航運安全的重要保障,為了確保航標的穩定運行,需要合理的對航標電纜進行分析,合理的對航標電纜故障進行控制,從而有效的提高航標的運行質量,確保航運的安全,實現運輸行業的經濟效益與社會效益。
【關鍵詞】電力電纜;故障測距;波形;定點
引言
電力電纜供電以其安全、穩定、可靠、有利于美化城市等優點,獲得了廣泛的應用。但電纜的故障檢修費時費力,給人民生活帶來不便,對供電企業的供電可靠性造成很大的影響。尋求一種快捷、準確的電力電纜故障測距方法,以縮短檢修時間、減少停電損失,已成為國內外科研技術人員的共同目標。
1、造成電力電纜故障的原因
為了減少電纜的損壞,快速判定出故障點,我們首先要了解電力電纜故障的原因。可以歸納為以下幾點:
(1)機械損傷:如挖掘等外力造成的損傷。
(2)絕緣層老化變質:電纜絕緣層長期在電作用下工作,并伴隨著化學、熱和機械作用,從而使介質發生物理化學變化,絕緣性能下降。
(3)過熱:電纜絕緣內部氣隙游離造成局部過熱,使絕緣炭化。
(4)護層的腐蝕:因受土壤內酸堿和雜散電流的影響,埋地電纜的鉛或鋁包遭受到腐蝕而損壞。
(5)絕緣受潮:中間接頭或終端頭在結構上不密封或安裝質量不好而造成絕緣受潮。
(6)過電壓:許多戶外終端接頭的故障是由大氣過電壓引起的,電纜本身的缺陷也會導致在大氣過電壓的情況下發生故障。
另外還有材料缺陷、設計和制作等問題。
2、電力電纜故障性質的分類
根據故障電阻與擊穿間隙情況,電力電纜故障的類型大體上分為四大類:低電阻故障、高電阻故障、開路故障以及閃絡性故障。
(1)低阻故障
電纜相間或相對地絕緣受損,其絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測量的一類故障。發生低阻故障時,故障電阻一般小于10Z0(Z0為電纜的波阻抗,一般不超過40?)。短路故障是低阻故障的特例。
(2)高阻故障
相對于低阻故障而言,高阻故障電力電纜的一芯或數芯對地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多,但高于10Z0,而芯線連接良好。
(3)開路故障
電纜的各芯絕緣良好,但有一芯或數芯導體斷開或雖未斷開但工作電壓不能傳輸到終端,或雖然終端有電壓但負載能力較差。開路故障的典型例子就是斷線故障。
(4)閃絡性故障
電纜的一芯或數芯對地絕緣電阻或者芯與芯之間絕緣電阻比較高,但當對電纜進行直流或交流耐壓到某一值時,出現突然擊穿現象。這類故障大多在預防性耐壓試驗時發生,故障現象不穩定。
3、電力電纜故障測距的步驟
電力電纜故障測距一般要經過診斷、粗測、定點這三個步驟。
3.1電力電纜故障性質的診斷
電力電纜故障性質的診斷,就是先要確定電纜故障的類型與嚴重程度,以便測試人員選擇適當的故障測距與定點方法。
首先測試故障電纜的絕緣電阻,測量每相對地電阻確定是否是接地故障,相間電阻判斷是否為短路故障,阻值判斷是高阻或低阻故障。對于阻值較低的低阻型故障還應該用萬用表測量電阻值,如果有就說明是閃絡故障。
3.2電力電纜故障粗測
在故障性質診斷準確后,可進行電纜故障粗測,又叫預定位,即在電纜的一端使用儀器確定故障距離。下面介紹一些目前經常使用的故障預定位方法。
3.2.1電橋法
基于電纜長度與纜芯電阻成正比的特點和惠斯登電橋的原理,可將電纜短路接地、故障點兩側的環線電阻引入直流電橋,測量其比值。由測得的比值和電纜全長,可算出測量端到故障點的距離。
電橋法的優點是比較簡單,精確度較高,但只適用于低阻故障,一般的高阻和閃絡性故障不易探測。必須已知電纜準確長度,當一條電纜由導體材料或截面不同的電纜組成時,還要進行換算。且不能用于測量三相短路故障。
3.2.2脈沖電壓法
利用直流高壓或脈沖高壓信號把故障點擊穿,然后通過電壓脈沖在觀察點與故障間往返一次的時間來測距,它適用于高阻和閃絡性故障。優點是不必將高阻與閃絡性故障擊穿,測試快;適用于各種故障,對電纜原始資料的依賴性少。缺點是安全性差,易發生高壓信號竄入,損壞儀器;測試可靠性差,增強了復雜性且降低了電容放電時的電壓,使故障點不易擊穿;在故障放電特別是沖閃時,波形難以分辨。
3.2.3脈沖電流法
脈沖電流法是通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿外產生的電流脈沖信號的方法。它實現了儀器與高壓回路的電耦合,省去了電容與電纜之間的串聯電阻與電感,簡化了接線,傳感器耦合出的脈沖電流波形較容易分辨。所以相對于脈沖電壓法而言,此法得到了更廣泛的應用。
3.2.4低壓脈沖法
低壓脈沖法是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,如斷路點、短路點、中間接頭等,通過故障點反射脈沖與發射脈沖的時間差原理來測距。根據波形極性還可判斷故障性質,如短路故障的反射脈沖與發射脈沖極性相反,斷路故障反射脈沖與發射脈沖極性向同,因此低壓脈沖法適用于測試交聯電纜低阻、短路、斷路故障。
3.2.5二次脈沖法
二次脈沖法是目前運用較多、方便準確的故障測距方法。其工作原理是:低壓脈沖結合高壓發生器發射沖擊閃絡,在故障點起弧的瞬間通過內部裝置觸發一低壓脈沖,此脈沖在故障點閃絡處發生短路反射,并將波形儲存記憶在儀器中。電弧熄滅后,復發一低壓脈沖到電纜中,此脈沖在故障點不能被反射,直達電纜末端并發生開路反射,將兩次脈沖波形進行疊加對比,會有一個清楚的發散點,即故障點。
二次脈沖法優點是:接線簡單,切換容易,安全可靠;自動化程度高,實現自動匹配、判斷和計算;測量精度高,結果準確。其缺點是:所用儀器較多;由于故障點電阻要降到很小的數值,如果故障點受潮嚴重,故障點擊穿過程較長,測試時間將相應增加;故障點維持低阻狀態的時間不確定,施加二次脈沖的控制有難度。
3.2.6其他方法
除上述幾種方法之外,還有利用分布式光纖溫度傳感器監測電纜沿線的溫度變化情況和利用局放試驗來確定故障點位置的方法。
目前大部分電纜故障測距方法為離線進行,在線故障測距方法也已出現,但在實際應用中并未得到推廣,原因在于電纜線路在檢修與維護方面的特殊性,且在線方法并無明顯優勢。兩種測距方法將會長期并存,但從長遠來看,在線測距才是未來的發展方向。
3.3故障精確定點
在故障電纜粗測之后,就可根據故障距離與路徑找到故障點的大概位置。但由于地下電纜敷設情況復雜等原因,使得粗測點距離實際故障點可能有一定的偏差。為了精確地找到這個位置,就需要進行故障精確定點,有以下幾種常用的方式:
(1)沖擊放電聲測法(簡稱聲測法):是利用直流高壓設備向電容器充電、儲能,當電壓達到某一數值時,球間隙擊穿,設備和電容器上的能量經球間隙向電纜故障點放電,產生機械振動聲波,用人耳或設備的聽覺來區別。能量大的放電,在地表上就可以辨別,能量小的就需要用靈敏度較高的拾音器設備,來找出放電聲音最大的位置。該方法主要用于電力電纜高阻故障的定點。
(2)音頻信號法:如果發生了低阻故障,就很難或聽不到聲測法所檢測到的放電聲音。這時可以使用音頻信號法通過檢測地面上磁場的變化,并根據耳機中響聲的變化可探測故障點的位置。音頻信號在故障點正上方接收到的信號會突然增強,過了故障點后信號會明顯減弱或消失,則音頻信號最強處即為故障點。
(3)聲磁同步法:其基本原理是向電纜施加沖擊直流高壓使故障點放電,在放電的瞬間電纜金屬護層與大地構成的回路中形成感應環流,從而在電纜周圍產生脈沖磁場。儀器接收脈沖磁場信號和從故障點發出的放電聲音信號,根據檢測到的聲磁兩種信號時間間隔最小的點即為故障點。此法優點在于定點精度較高,抗環境干擾性強,信號易于理解和辨別。
(4)跨步電壓法:跨步電壓法,通過向故障相和大地之間加入一個直流高壓脈沖信號,在故障點附近用電壓表監測放電時兩點間跨步電壓突變的大小和方向來找到故障點。此法優點是可以指示故障點的方向;缺點是只能查找直埋電纜外皮破損的開放性故障,不適用于查找封閉性或非直埋電纜的故障。
關鍵詞:電力電纜;故障測尋;檢測分析
隨著社會的不斷發展,在10KV及以下中低壓配電網的供電方式已逐漸由電纜供電取代架空線供電,盡管電纜供電有著顯而易見的優點,由于電纜數量的急劇增加,故障頻率也相應加大,且電纜地下隱蔽性,在故障排查等問題上難以像架空線路那樣直觀,而且大部分縣級城鎮電纜的敷設方式多為直埋敷設形式,一旦出現電纜故障,故障點難于直觀查找,給搶修工作帶來了極大的困難。因此,掌握電纜故障測試方法,快速準確地查找到故障點的精確位置,縮短故障的修復時間,是供電企業十分關心的問題。
一、電纜故障的原因
我們知道,電纜發生故障的原因是多方面的,大致有如下幾種常見的主要原因:
1、機械損傷。機械損傷是電纜故障中較為常見的,所占比例也是最大的, 由于電纜施工單位未嚴格按照施工標準要求進行施工以及質量監督人員未能監管到位,造成電纜外部損傷或電纜敷設時留有隱患,致使電纜運行一段時間被擊穿。
2、電纜負荷過大。在供電負荷高峰期時電纜長期過負荷運行,致使電纜運行溫度超過電纜正常運行時的允許溫度,導致電纜終端接頭、中間接頭或電纜薄弱處首先被擊穿。
3、電纜受外界環境影響。由于受地質條件的影響,導致電纜保護層受到化學和電腐蝕等,使用時間過久,致使保護層失效或電纜外鉛皮被潮氣侵入,最終導致電纜擊穿。在污穢嚴重的地區,電纜終端頭套管可能出現污閃,也可能造成短路事故。
4、電纜接頭故障。電纜接頭是電纜線路中最薄弱的環節,由人員直接過失(施工不良)引發的電纜接頭故障時常發生。施工人員在制作電纜接頭過程中,如果有接頭壓接不緊、加熱不充分等原網,都會導致電纜頭絕緣降低,從而引發事故。
5、施工工藝的影響。由于電纜施工人員沒有經過專業的培訓或未按標準施工,導致施工人員在制作電纜頭或中間接頭時工藝質量差,造成電纜運行一段時間后出現電纜頭或中間接頭爆裂現象。
二、電力電纜故障測尋步驟
1、確定故障電纜的性質。認真了解故障電纜本身的情況,包括電纜的型號、電壓等級,是否有中間接頭,敷設的長度、深度等,這有利于正確選擇測試方法,使其測尋時間縮短。
2、故障點距離的粗測。首先利用低壓脈沖波測量電纜全長,做到測試全長和實際全長心中有數,掌握全長波形,利用高壓沖擊反射法。若是閃絡性故障,則用直流高壓閃絡法,測出故障點到測試端的距離,它是一個范圍數,且應與測試全長和實際全長相比較,來確定實際故障點的范圍。
3、測量電纜的路徑走向。利用路徑儀確定電纜敷設的路徑,如果電纜線路較短,且電纜路徑清楚時,可省略這一步驟。
4、故障點準確定位。根據測出的故障點范圍,利用高壓沖擊閃絡法的接線方式,采用聲測,確定故障點的準確位置。
三、電力電纜故障點查找方法
(一)電纜故障的測距
電纜故障測距是根據電波在傳輸過程中幅度、相位、速度等諸參數的變化規律,利用雷達測距原理來確定電纜故障點距離測試點距測試端的距離。現將電纜幾種典型的故障測量方法的原理及其適用范圍作一簡單介紹,以便作為電纜檢修管理部門在判斷和處理電纜故障時的參考。
1、電橋法
電橋法是使用歷史最長的電纜故障測尋方法。在電纜故障測試技術迅速發展、涌現出如新型的測試方法和測試設備的情況下,電橋法在測尋如單相接地和相間短路等電纜故障方面,仍有使用方便、測試誤差小(一般在0.3%-0.5%)的獨特優點。電橋法通常適用于測試直埋電纜低電阻(絕緣電阻大于100Ω但小于100KΩ)接地故障和三相短路接地故障的測尋。
2、低壓脈沖法
低壓脈沖反射法是將高頻率的低壓脈沖發送到電纜中,該脈沖沿電纜傳播,直到阻抗失配的不匹配點,如中間接頭、短路點、斷路點和終端頭等,在這些點上都會引起電磁波的反射,故障點產生的一個反射脈沖回送到測試儀器中并被接收。此方法適用于測試直埋電纜低電阻(絕緣電阻小于100Ω)接地故障和三相短路接地故障及斷線故障的測尋。
3、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。分為直流閃絡測試法和沖擊閃絡測試法,前者適用于閃絡型故障的測試,后者適用于高阻故障測試。
4、二次脈沖法
二次脈沖法是近年來出現的較先進的測距方法,在高壓信號發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。其基本原理是通過高壓發生器給存在高阻或閃絡性故障的電纜施加高壓脈沖使故障點出現弧光放電。由于弧光電阻小,在燃弧期間原本高阻或閃絡性故障就變成了低阻故障。此時,通過耦合裝置向故障電纜中注入一個低壓脈沖信號,并記錄此時的低壓脈沖反射波形;在故障電弧熄滅后,再向故障電纜中注入低壓脈沖反射信號,記錄下此時的低壓脈沖反射波形,因此時故障電阻恢復為高阻,低壓脈沖在故障點沒有反射或反射很小。記錄的兩個波形進行比較,在故障點位置波形明顯不同,波形分歧點距測試端的距離就是故障距離。
(二)電纜故障的定點
在對電力電纜故障進行測距后,若電纜的路徑走向已經明確,則可以根據測距距離找到故障點的大體方位,由于很難精確知道電纜敷設時預留的長度等因素,實際故障點距離同儀器測距距離還有偏差,為了精確找到故障的位置就需要故障定點。對于常見的電纜高阻、低阻故障等,一般常用聲測法和聲磁同步接收法進行故障定點。
1、聲測法
聲測法是利用沖擊放電聲測法是利用直流高壓試驗設備向電容器充電、儲能,當電壓達到某一數值時,球間隙擊穿,高壓試驗設備和電容器上的能量經球間隙向電纜故障點放電,產生機械振動聲波。在初測的距離附近,沿電纜線路,用拾音器來接收故障點的放電波,以此來確定故障點的精確位置。可迅速的找出電纜故障點,查找方法簡單,省時省力效果良好。
2、聲磁同步接收法
聲磁同步接收法是向電纜加沖擊直流高壓使故障點放電,在放電瞬間電纜金屬護套與大地構成的回路中形成感應環流,從而在電纜周圍產生脈沖磁場。應用感應接收儀器接收脈沖磁場信號和從故障點發出的放電聲信號。故障點離麥克風的距離越近,閃絡聲就越大。在監聽聲音信號的同時,接收到脈沖磁場信號,即可判斷該聲音是由故障點放電產生的,故障點就在附近,否則可認為是干擾。儀器根據探頭檢測到的聲、磁兩種信號時間間隔為最小的點即為故障點。
電力電纜故障測試是技術性和經驗型較強的工作,如何快速準確找到故障點的精確位置,縮短電纜修復時間事關供電企業的效益和用戶的正常用電。測試人員需要根據電纜不同的故障類型掌握相應的測試步驟和方法,結合經驗,才能熟練進行電纜故障的測距和定點。
參考文獻:
[1] 張棟國.電纜故障分析與測試[M].北京:中國電力出版社,2005.
【關鍵詞】電力電纜;故障;維護
1 電力電纜故障產生的原因
1.1 絕緣老化變質
①電場作用。電纜絕緣介質長期處在電場作用下,而且內部總有氣隙存在,絕緣內部會產生游離,導致絕緣性能大大下降。②晶化作用。絕緣和保護層受外力和內應力的作用會造成損傷,其主要表現為由于振動晶化疲勞和沖擊性電動力的危害,導致鉛(鋁)包層龜裂進而受潮,造成絕緣降低。③電纜絕緣層因腐蝕性老化而出現麻點、開裂或穿孔。④水分和化學作用。當絕緣介質中發生電離時,氣隙中會產生臭氧、硝酸等化學生成物,腐蝕絕緣層。絕緣中存在的水分使絕緣纖維產生的水解導致絕緣性能下降。
1.2 過熱
造成電纜過熱的因素有多方面的,既有內因,又有外因。內因主要是電纜絕緣內部氣隙游離造成的局部過熱,從而使絕緣炭化。外因是電纜過載產生過熱。安裝于電纜密集地區、電線溝及電纜隧道等通風不良處的電纜、穿在干燥管的電纜以及電纜與熱力管接近的部分等,都會因本身過熱而使絕緣加速損壞。過熱會引起絕緣層老化變質。電纜內部氣隙產生電游離造成局部過熱,使絕緣層炭化。電纜過負荷是電纜過熱很重要的因素。
1.3 機械損傷
機械損傷引起的電力電纜故障占電纜故障事故很大比例。一些機械損傷很輕微,當時并沒有造成故障,但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發展成為故障。這類損傷主要包括下面幾個方面。
(1)直接受外力作用造成的破壞。這方面的損壞主要有事故和交通運輸所造成的破壞。例如,挖土、超重、搬運等都可能誤傷電纜,使電纜受到直接的外力損傷。行駛車輛的振動或沖擊性負荷造成電纜鉛(鋁)包帶裂損,還會造成穿越公路或鐵路以及靠近公路或鐵路并與之平行敷設的點擊的鉛(鋁)包帶的破損。
(2)敷設過程造成損壞。這方面的損壞主要是電纜因受拉力過大或彎曲過度而導致絕緣保護層的損壞。
(3)自然力造成損壞。因電纜自然變形使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷;因土地沉降引起拉力過大,拉斷中間接頭或導體;終端頭受自然拉力和內部絕緣膨脹的作用所造成的電纜護套的裂損;因電纜自然熱脹冷縮和土壤下沉所形成的過大拉力拉斷中間接頭,或導體以及終端頭瓷套因受力而破損等。
(4)安裝時損傷。在安裝時不小心碰傷電纜,機械牽引力過大而拉傷電纜,或電纜過度彎曲而損傷電纜。
1.4 護層的腐蝕
因受土壤內酸性、雜散電流的影響,埋地電纜的鉛(鋁)包帶將受到腐蝕而損壞。由于電解和化學作用使電纜鉛包腐蝕,因腐蝕性質和程度的不同,鉛包上有紅色、黃色、橙色和淡黃色的化合物或類似海綿細孔。
1.5 絕緣受潮
電纜絕緣受潮后會引起故障。因接頭盒或終端盒結構密封不良或安裝不良而導致進水。電纜制造不良,金屬護套有小孔或裂縫。金屬護套因被外傷刺傷或腐蝕穿孔。中間接頭或終端頭因結構不密封或安裝質量不好而造成絕緣受潮。制造電纜包鉛(鋁)留下砂眼和裂紋等缺陷,也會使絕緣受潮。
1.6 過電壓
過電壓主要是指大氣過電壓和內部電壓。大氣過電壓和內部過電壓使電纜絕緣所承受的電應力超過允許值而造成擊穿。對實際故障進行分析表明,許多戶外終端頭的故障是由于大氣過電壓引起的。電纜本身的缺陷也會導致在大氣過電壓的情況下發生故障。
2 電力電纜故障的測尋方法及步驟
2.1 電力電纜故障性質的確定
電力電纜發生故障以后,必須首先確定故障的性質,然后才能確定用什么方法去進行故障的粗測。否則,盲目進行測尋,不但測不出故障點,而且還會拖延探測故障的時間,甚至會因檢測方法不當而損壞測試儀器。
確定故障的性質:故障電阻是高阻還是低阻;是閃絡還是封閉性故障;是接地、短路斷線,還是它們的混合;是單相、兩相還是三相故障。
可以根據故障發生時出現的現象初步判斷故障的性質。例如,運行中的電纜發生故障時,若只是給了接地信號,則有可能是單相接地故障。繼電保護過電流繼電器動作,出現跳閘現象,則此時可能發生電纜兩相或三相短路或接地故障,或者是發生了短路與接地混合故障。發生這些故障時,短路或接地電流燒斷電纜將形成斷線故障。但通過上述判斷不能完全將故障的性質確定下來,還必須測量絕緣電阻和進行“導通實驗”,有時為了弄清楚故障點的擊穿電壓,還要進行直流耐壓測量試驗。
2.2 電力電纜故障測尋的步驟
故障測尋第二步為故障燒穿,即通過燒穿將高阻故障或閃絡性故障變為低阻故障,以便進行粗測。
故障測尋法第三步為粗測,就是測出故障點到電纜任意一塔的距離。粗測方法有多種,一般可歸納為兩大類。第一類是經典法,如電橋法等;第二類是現代法,如脈沖法等。現代法與經典法相比,具有不一定必須依賴準確的電纜資料,而且具有測尋簡單的優點。所以能適應生產發展的要求。
故障測尋第四步為測尋故障電纜的敷設路徑。對于埋地電纜及時找出故障電纜的腐蝕路徑和埋設深度,以便進行精測(定點)。當然,為了繪制埋地電纜敷設路徑的圖樣,有時也要測尋電纜的敷設路徑。測尋方法是向電纜中通人音頻信號電流,然后利用接受線圈通過接收機接收此音頻信號。
故障測尋的第五步為故障點的定點(精測),也就是確定故障點的精確位置。通常,采用聲測、感應、測接地電位等方法進行定點。
上述五個步驟是一般的測尋步驟。實際測尋時,可根據具體情況省略一些步驟。例如,電纜敷設路徑的圖樣準確時可不必再測敷設路徑。對于高阻故障,可不經燒穿而直接用閃絡法進行粗測。對于一些閃絡性故障,不需要進行定點,可根據粗測得到的距離數據查閱資料,直接挖出測點處的中間觸頭,然后再通過細聽而確定故障點。對于電纜溝或隧道內的電纜故障,可進行沖擊放電,不需要使用儀器(用定點儀等)而直接用耳聽來確定故障點。
3 電纜故障的處理及維護
3.1 查找電纜故障部分
一般是用搖表測量絕緣電阻和做直流耐壓試驗并測量泄漏電流,來測試電纜芯對地或電纜芯間絕緣狀況,以發現電纜故障。然后用故障探測儀找出故障點,切除故障部分。切除電纜故障部分后,必須進行電纜絕緣的潮氣試驗和絕緣電阻試驗。電纜故障修復后,必須核對相位,并做耐壓試驗,經試驗合格后,方可恢復運行。無論電纜是在運行中或試驗時發現的故障,其故障部位切除后應妥善保存,以便進行分析,采取反事故對策。修理電纜線路故障,必須填寫故障測試記錄。
3.2 對電纜備品的管理
為了確保電纜的正常運作,需要準備相應的電纜備品,并加強對備品的管理,將其存放在交通便利的干燥地方,建立遮棚并設置相應的防火設施。對于不同型號的產品要分放置,并做好詳細的記錄,以便查找和取用。此外,電纜備品必須經過耐壓試驗,合格后才能夠進行封閉保存。
3.3 對技術資料的管理
技術資料為后期工作提供了指導和借鑒,必須認真對待,及時、準確、系統地對資料進行整理和完善。完整的技術資料主要包括以下內容:電纜網絡總平面圖、電纜敷設線路圖、三頭安裝記錄、缺陷處理報告以及故障報告等。