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电力电缆常见故障原因及故障查找方法

日期:2020-10-22    来源:供电高压试验班组  作者:后柯

国际电力网

2020
10/22
09:39
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关键词: 电缆 电力 电压

电力电缆作为列车传输供电中电能的载体,无论是中压环网电缆还是直流馈出电缆,其安全性至关重要。但由于敷设环境差(电缆沟、桥架)、前期施工工艺影响(电缆头和终端头结构密封不合理;外护套划伤等)电缆极易受损或绝缘老化而发生故障。随着运行时间的增长,故障率也会越来越高,而且一旦发生故障,故障定位相对困难,修复难度大、用时长,造成的损失远大于架空线路。

尤其是直流馈出电缆,其绝缘状态已成为列车安全供电的重要隐患,如遇直流开关柜的频繁跳闸,电压无法传递至终端等情况,除对线路、设备的关注,也应加强对电缆的检查和检测,而这些也都是被动性的,也应开始思考如何防患未然,实现电缆绝缘状态的在线监测,可提前有效的检测出电缆绝缘破损、绝缘老化等渐变过程,提早发出预警信号,防止电缆“带病”运行最终导致事故。

电力电缆的故障点查找是电力专业最常见又最难排除的故障之一,如何运用仪器、讲方法、凭经验的查找到电缆的故障位置,从而快速有效的排除故障,将是值得仔细研究和大家掌握的。

本文重点从电力电缆故障原因、故障分类、故障查找步骤、常见测距定位方法4个方面进行介绍, 希望大家熟悉掌握。

一、电力电缆故障原因

电力电缆故障的原因多种多样,概括起来主要有:

(1)外力破坏造成的电缆损伤

根据对电缆故障原因的统计,机械施工、掘土、打桩、运输安装损坏等外力因素引起的电缆故障占电缆总故障类别的比例逐年增大。

(2)产品质量问题

如果电缆及电缆附件制造工艺不良, 绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘偏心、内外屏蔽间凸起、绝缘内部杂质、导体或半导电制作不均匀、电缆 金属外护套密封不良, 以及存在突起、气泡或尖刺等都会在电缆运行后产生慢性故障。

(3)敷设安装的质量问题

电力电缆线路敷设施工时受工期、地理条件(包括环境条件和天气条件)以及施工机  具和人员素质条件限制,可能出现诸如电缆两端端部进水、电缆外护套划伤和电缆弯曲半径偏小、电缆金属屏蔽层崩裂或电缆本体机械应力内伤等施工失误, 引发电缆早期运行故障。

二、电力电缆故障分类

电缆故障按照其产生的位置可以分为电缆本体和电缆接头附件故障两种。电缆受到外力破坏时,多发生本体故障,而非外力破坏时,往往是接头故障。

电缆故障按照其故障点短路或接地的方式可以分为单相接地、相间短路、多相接地、全开路故障等几种类型,其中单纯的全开路故障和相间短路故障并不常见,单相接地和多相接地故障或短路故障最为常见。

按故障产生后故障位置的绝缘电阻值可以分为:

(1)高阻故障

绝缘电阻较大,电缆相间或相对地绝缘损坏,但故障点与接地位置之间的电阻较大。高阻故障使用低压脉冲法是无法进行测量的, 此类故障包含闪络性和泄漏性高阻故障两种。

(2)低阻故障

是相对于高阻故障而言的,是指故障点位置线芯与大地间的绝缘电阻小到能用低压脉冲法测量的一类故障。当故障点对地电阻为零时,电缆相间或相对地的绝缘完全受损,即为短路故障。

(3)全开路故障

电缆位置断开,但电缆带电部分与大地及相间的绝缘电阻满足规定的运行值,未产生相间或相对地的放电,但一段的电压无法传达到另一端,造成单侧失压,或负荷无法传达的开路情况。

三、电力电缆故障查找步骤

根据专业人员经验, 电力电缆故障测试步骤为:

(1)电缆故障性质判断:

根据电缆故障带电信号及保护动作情况、表象进行的电缆故障类别的初步判断。进行 初判时可以使用摇表等,通过摇绝缘的方式来判定故障电缆的故障相位、故障点的电阻情况及损坏程度,从而依据初判情况来进行故障粗测及定点方法的选择。

(2)电缆故障预定位:测距

在故障性质初步判断的基础上对故障点进行粗测, 确定电缆故障点的范围。选择正确的预定位方法,可为精确定位提供详细的信息,缩小精确定位的范围。

电缆故障预定位的方法根据不同的故障性质,可以分为行波测距法和阻抗测距法两种。

阻抗测距法即电桥法,在预定位方法中常被优先选用, 操作简单方便, 定位准确, 但一般只适用于低阻故障,对于高阻故障需要进行烧穿;

行波法常用的有低压脉冲法、二次脉冲法、多次脉冲法、脉冲电压法和脉冲电流法等, 行波法虽不受电缆故障性质等因素的影响, 但不适合定位复杂高压电缆系统和外护套故障。

(3)电缆故障精确定位: 定位

前提是已知电缆敷设路径,若不知,应先寻迹。

根据故障测距的范围结果,通过在电缆敷设路径上进行查找, 逐步缩小故障点怀疑范围, 然后在该范围内利用声磁探测仪器确定故障点的准确位置。常用的方法有声测法、声磁同步接受定点法、音频感应法和跨步电压法。

四、常用故障测距、定位方法

1、低压脉冲法:测距

(1)原理:

采用时域反射(TDR)原理,对被测电缆发射一系列电脉冲,并接收电缆中因阻抗变化引起的反射脉冲,再根据电波在电缆中的传播速度和两次反射波的特征拐点代表的时间,可测出故障点到测试端的距离为:S=VT/2

(2)方式

低压脉冲用于测试电缆中电波传播的速度、电缆全长、低阻故障(故障相电阻值低于1K)和开路故障及短路故障。

测量电缆故障时,电缆可视为一条均匀分布的传输线,根据传输线理论,在电缆一端加上脉冲电压,该脉冲按一定的速度(决定于电缆介质的介电常数和导磁系数)沿线向远端传输,当脉冲遇到故障点(或阻抗不均匀点)就会产生反射,且闪测仪记录下发送脉冲和反射脉冲之间的传输时间△T,则可按已知的传输速度V来计算出故障点的距离Lx,Lx=V?△T/2,如图8所示:测全长则可利用终端反射脉冲:L=V?T/2,同样已知全长可测出传输速度:V=2L/T

测试时,在电缆故障相上加上低压脉冲,该脉冲沿电缆传播直到阻抗失配的地方,如中间接头、T型接头、短路点、断路点和终端头等等,在这些点上都会引起电波的反射,反射脉冲回到电缆测试端时被测试仪接收。测试仪可以适时显示这一变化过程。

根据电缆的测试波形我们可以判断故障的性质,当发射脉冲与反射脉冲同相时,表示是断路故障或终端头开路。当发射脉冲与反射脉冲反相时,则是短路接地或低阻故障。

2、高压冲闪方式:定点

电力电缆的高阻故障(高阻故障:故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障为高阻故障(电缆相间或对地的绝缘电阻大于100kΩ),几乎占全部故障率的90%以上。冲闪方式用于测试高阻泄漏性故障及高阻闪络性故障,大部分电缆高阻故障都可以使用冲闪方式测试。依据故障性质又分为冲击高压闪络法(冲闪法)和直流高压闪络法(直闪法)。

(1)粗测

采用电流取样法。因电流取样接线简单,安全性高,波形易于识别,因此推荐使用电流取样。根据接线图连接完毕后,再用速度键选择传输速度或重新键入速度值。将输入振幅旋钮旋至1/3左右(注意:请微调),然后按采样键,仪器进入等待采样状态。

调整球隙(若放电,放电球隙清脆响亮,操作箱电流大于10A-15A,否则视为未放电,请重新调整球隙,提高冲闪电压),输入振幅旋钮后,然后通电对故障电缆升压,电压升到一定值,故障点发生闪络放电,仪器记录下波形。根据波形大小可重新调整输入振幅,重复采样,直到采到相对标准的波形。

注意:调整球隙一般1mm大约代表3KV,请根据被测电缆电压等级适当调整。

(2)精确定点

精确定点是测试电缆故障关键的一步,粗测完后,按以下实物图接线方式,给电缆连续加冲击高压使故障点连续放电,频率大概放在3~4秒/次。带上声磁数显同步定点仪走到粗测距离的前后10米处仔细听故障点的放电声,听出声音最大点下方即为电缆故障点。

在冲击高压发生器对故障电缆作高压冲击时 (冲击高压幅度要足够高,以保证故障点充分击穿放电), 将声音震动传感器探头放置在电缆路径 (或故障电缆本体) 上方,拨动电源开关,接通电源,定点仪置“定点”挡。

一方面通过耳机监听地震波,另一方面观察距离显示屏,还可通过磁表头观察磁信号的强弱。

在电缆上方沿路径不断移动传感探头,直至听到故障点的地震波声音(此时表明距故障点不远了)。

当听到的地震波声音足够强时,距离显示屏将显示故障距离数。此时便可将传感器探头直接按数显距离数放在相应处。在该处前后移动探头,找到数显值最小处,此处即为故障精确位置。且此数显值也是电缆的当地大致埋设深度(此时耳机中声音应是最大,而且每次听到的声音均与数显的刷新显示同步)。

高压闪络测试注意事项

高压闪络测试时,由于工作电压极高,稍有不慎就会对人身及设备造成损失,因此操作中应注意以下几点:

①高压闪络测试时,高压试验设备应由专业人员操作,仪器接线,调整时应断电并彻底放电。

②高压试验设备电源与测试仪工作电源分开使用,测试仪连线应远离高压线。冲闪法时,电脑应断掉外接电源及鼠标。

③高压尾、操作箱接接地端必须可靠与电缆铠装及大地相连,以确保测试成功及设备、人身安全。

④从测试仪安全考虑,闪络测试时工作菜单一定要选择在冲闪或直闪状态,如果错误选择脉冲状态进行高压闪络测试,将可能损坏测试仪内部低压脉冲电路。

⑤测试前,应先对故障电缆加压放电,确保各连接线点无放电现象,所加电压已使故障点发生闪络放电,然后开始投入仪器测试。

⑥在有易燃物品的环境中利用高压测试时,应有保护措施。


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