隨著城市環(huán)網(wǎng)電纜數(shù)量的增多,由于電纜絕緣損壞等原因,故障發(fā)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(tǒng)運(yùn)行部門的關(guān)注和重視。電纜故障點(diǎn)的及時(shí)、快速查找與測量是保證電力供應(yīng)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(yùn)行資料不完善以及測試設(shè)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(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和參考有關(guān)資料,總結(jié)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(duì)于減少電纜的損壞,快速地判定出故障點(diǎn)是十分重要的。電纜發(fā)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(jī)械損傷

很多故障是由于電纜安裝敷設(shè)時(shí)造成的機(jī)械損傷或安裝后靠近電纜路徑作業(yè)造成的機(jī)械損傷而直接引起的。損傷如果輕微,很可能在當(dāng)時(shí)不影響正常運(yùn)行,但在幾個(gè)月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展到鎧裝或絕緣護(hù)套,造成絕緣降低,形成故障。

1.2絕緣老化變質(zhì)

電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí),氣隙中產(chǎn)生臭氧、腐蝕絕緣,絕緣中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解,造成絕緣下降。過熱會(huì)引起絕緣老化變質(zhì)。造成電纜過熱的因素有多方面。內(nèi)因主要是電纜絕緣內(nèi)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(fù)荷產(chǎn)生過熱。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)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(huì)因本身過熱而使絕緣加速損壞。長期過負(fù)荷運(yùn)行,會(huì)使電纜的絕緣隨之下降,薄弱處和對(duì)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(xué)腐蝕

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

1.4設(shè)計(jì)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(dāng),不按技術(shù)要求敷設(shè)電纜,同樣會(huì)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(xiàn)在三個(gè)方面。一是電纜制造的問題,鉛(鋁)護(hù)層留下的缺陷,在包纏絕緣過程中,紙絕緣上出現(xiàn)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(jī)械強(qiáng)度不夠,其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等;三是對(duì)絕緣材料的維護(hù)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(duì)于電纜的故障點(diǎn)檢測一般都要經(jīng)過故障類型的診斷、故障點(diǎn)測距、精確定點(diǎn)三個(gè)主要步驟。故障類型診斷主要是確定電纜故障點(diǎn)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(dāng)?shù)臋z測方法。故障點(diǎn)測距也叫預(yù)定位,在故障電纜芯線上施加測試信號(hào)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(diǎn)的進(jìn)行。預(yù)定位方法一般可歸納為兩大類,即經(jīng)典法,如電橋法等;現(xiàn)代法,如低壓脈沖法、高壓閃絡(luò)法等。精確定點(diǎn)是在預(yù)定位距離的基礎(chǔ)上,精確地確定故障點(diǎn)所在實(shí)際位置。精確定點(diǎn)方法主要有聲測定點(diǎn)法、感應(yīng)定點(diǎn)法、時(shí)差定點(diǎn)法以及同步定點(diǎn)法等。本文主要探討故障點(diǎn)預(yù)定位的基本方法。

2.1經(jīng)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(diào)節(jié)電橋兩臂上的一個(gè)可調(diào)電阻器,使電橋平衡,利用比例關(guān)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(jié)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(fā)生變化時(shí)的回波現(xiàn)象,在電纜芯線中加上一定電壓,使其不燒穿而產(chǎn)生放電。放電脈沖在電纜中傳播及反射,用數(shù)字示波器測出反射脈沖的位置比例,算出故障點(diǎn)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(duì)低阻擊穿、短路、開路故障,可在電纜芯線上施加脈沖訊號(hào)。訊號(hào)在電纜傳播及反射,用數(shù)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(diǎn)的位置。低壓脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀,不需要詳細(xì)的電纜原始資料,還可以根據(jù)反射脈沖的極性分辨故障類型。缺點(diǎn)是不能用于測量高阻與閃絡(luò)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(duì)故障電纜釋放一個(gè)低壓脈沖,只要故障點(diǎn)的接地電阻大于電纜波阻抗5倍,可以認(rèn)為此時(shí)故障電纜相對(duì)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(dāng)于一個(gè)芯線絕緣良好電纜的波形;對(duì)故障電纜釋放一個(gè)足以使芯線絕緣故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)的高壓脈沖,同時(shí)觸發(fā)釋放第二個(gè)低壓脈沖,在故障點(diǎn)的電弧未熄滅時(shí),故障點(diǎn)相對(duì)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(dāng)于一個(gè)線芯對(duì)地完全短路的波形;兩個(gè)波形對(duì)比會(huì)有明顯的發(fā)散點(diǎn),這個(gè)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。其特點(diǎn)是易操作、多功能,回波圖形簡易。缺點(diǎn)是不能用于測量高阻與閃絡(luò)故障。

2.5三次脈沖法

三次脈沖法是一種新的電纜故障點(diǎn)預(yù)定位方法,由于脈沖反射法發(fā)出的低壓脈沖在高阻故障點(diǎn)處不會(huì)發(fā)生反射,因此,此時(shí)故障點(diǎn)不會(huì)顯示在波形上,此時(shí)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(fā)射的脈沖沖擊可以在故障點(diǎn)處形成穩(wěn)定的時(shí)間充分燃弧,然后使用一個(gè)高能量的測量脈沖對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行沖擊,此時(shí)脈沖幅值可達(dá)到1500V,可充分保證在故障點(diǎn)形成負(fù)反射,得到故障點(diǎn)的故障波形。兩條波形對(duì)比可清楚容易看到故障點(diǎn)位置。該方法適用與除了中間頭受潮或進(jìn)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(diǎn)檢測也別需要技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)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(diǎn)檢測時(shí)采取以下步驟,并對(duì)所得到的波形仔細(xì)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(jù)故障類型選擇合適的預(yù)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(jìn)水或受潮時(shí)采用的脈沖電流法誤差偏大,應(yīng)對(duì)所得波形仔細(xì)分析;3)電纜路徑查找,找到準(zhǔn)確的電纜路徑可以避免精確定點(diǎn)時(shí)漫無目的的搜索,這也是比較耗時(shí)的過程,對(duì)于長電纜建議對(duì)已查明的電纜所在位置做好標(biāo)記;4)精確定點(diǎn)時(shí)要充分考慮電纜頭處打盤而影響實(shí)地測量的準(zhǔn)確性,對(duì)于死接地故障和線芯對(duì)內(nèi)屏蔽短路故障,在發(fā)射沖擊脈沖時(shí),可能在全電纜都會(huì)出現(xiàn)放電聲音,但只有在故障點(diǎn)處才會(huì)發(fā)生震動(dòng),在這種情況下,應(yīng)沿電纜路徑擴(kuò)大搜索范圍。