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電力工程師必備知識—如何精確快速查找電纜故障點?

發布日期:2019-01-14 作者: 點擊:

1.電纜的故障類型分析 

從今年已查找的低、中、高壓電纜故障的結構特點分析,電纜單相接地故障較為普遍,多是因為電纜遭受外力破壞原因造成。貴州電線電纜廠也不排除本體質量造成,但這種內部短路從外表看不出痕跡較少見。電纜相間短路故障中較少,這是因為相間短路一般都是在運行中發生,發生故障時會產生強大的短路電流造成速斷保護動作而跳閘。強大的電流所造成的高溫一般都會把電纜燒斷造成開路性故障。電纜內部短路,外表看不出痕跡,此類故障一般是由于電纜質量造成的,比較少見。

從電纜的故障位置看,一條電纜最薄弱的地方是中間接頭,一般的電纜都有一個或幾個中間接頭,在做電纜中間接頭時由于環境條件限制,加上電纜敷設后不進行防潮處理,制作時中間接管壓接不緊密,都可能造成電纜中間接頭受潮、工藝缺陷的出現。當運行中長期在高壓電場的作用下產生電暈及游離放電,使絕緣本體形成水樹直至絕緣老化并擊穿。

從電纜故障的性質區分可分為開路、低阻、高阻和閃絡性故障四種:

開路故障就是工作電壓不能傳輸到終端,或雖然終端有電壓,但帶負載能力差。 

低阻故障就是電纜相間或對地的絕緣受損,其絕緣電阻減小到100KΩ以下。)

高阻故障就是電纜相間或對地的絕緣電阻大于100kΩ。

閃絡性故障就是在高壓保壓過程中,突然擊穿,在此電壓下又能保壓的故障。有別于高阻故障,在高壓達到一定的電壓肯定能擊穿的故障。

(故障性質          Rf                       間隙的擊穿情況

開  路              ∞                         在直流或高壓脈沖作用下擊穿

低  阻             小于100Z0             Rf不是太低時,可用高壓脈沖擊穿

高  阻             大于100Z0             高壓脈沖擊穿

閃  絡              ∞                         直流或高壓脈沖擊穿

說明:表中Z0為電纜的波阻抗值,電力電纜波阻抗一般在10-40Ω之間。)

以上分類的目的也是為了選擇測試方法的方便,根據目前流行的故障測距技術,開路與低阻故障可用低壓脈沖反射法,高阻故障要用沖擊閃絡法,而閃絡性故障可用直流閃絡法測試。以上幾種故障都可以用二次脈沖法測試,這是目前世界上最先進的故障測試技術,國外以德國、奧地利為代表?,F場人員有Rf<100KΩ的故障稱為低阻故障的習慣,主要是因為傳統的電橋法可以測量這類故障。

綜合以上分析掌握以下幾點是我們查找電纜故障的關鍵: 

1、確定電纜故障到底屬于開路故障、低阻故障還是高阻故障;

2、了解電纜的長度與具體走向(采用儀器進行測量會有0.5米—2米不等的誤差);

3、確定該電纜長度及中間頭大致位置;

4、電纜故障發生是否與變電站速斷保護動作有關;

5、電纜周邊是否有工程施工開挖,是否有不明聲響;

6、電纜的埋深與現場環境。

2. 電纜故障的粗測

電力電纜查找故障通常分兩步:首先在電纜的一端對電纜故障點進行粗測,判斷出故障點大概位置;其次,在粗測的范圍內,對故障點進行精確定位。

電纜的粗測的方法常用的有:電橋回線法、二(三)次脈沖法和閃絡法(沖擊閃絡法和直流閃絡法)。

電橋回線法主要用于電力電纜單相接地、相間短路或短路接地的故障距離測試,根據電纜故障短路接地電阻值的不同,可分別選用高壓電橋回線法和低壓電橋回線法。這種測距方法是基于電纜沿線均勻,電纜長度與纜芯電阻成正比的特點。貴州電線電纜廠并根據惠斯登電橋的原理,將電纜短路接地故障點兩側的環線電阻引入電橋回路,測量其比值。由測得的比值和已知的電纜全長,計算出測量端到故障點的距離。

二次脈沖法是使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜,讓電纜的高阻故障點發生擊穿燃弧。同時,在測試端加入測量用的低壓脈沖,測量脈沖到達電纜的高阻故障點時,遇到電弧,在電弧的表面發生反射。由于燃弧時,高阻故障變成了瞬間的短路故障,低壓測量脈沖將發生明顯的阻抗特征變化,使得閃絡測量的波形變為低壓脈沖短路波形,使得波形判別特別簡單清晰。

三次脈沖法是首先在不擊穿被測電纜故障點的情況下,測得低壓脈沖的反射波形,緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點產生電弧,在電弧電壓降到一定值時觸發中壓脈沖來穩定和延長電弧時間,之后再發出低壓脈沖,從而得到故障點的反射波形,兩條波形疊加后同樣可以發現發散點就是故障點對應的位置。由于采用了中壓脈沖來穩定和延長電弧時間,它比二次脈沖法更容易得到故障點波形。

沖閃閃絡發俗稱為放電,就是測試儀利用電纜故障點在高壓作用下閃絡放電,形成瞬間短路故障,并同時產生回波信號的原理對其進行測試。測算出兩次回波信號的時間差可算出故障點到測試端的距離。 

脈沖法理論上只能對低阻故障進行粗測,而沖閃閃絡法則是對高阻故障的粗測。

需要注意的是由于在測試故障點時,阻抗變化的不穩定性,實際波形與理論波形要有一定差距,在實際操作中要認真多次取樣選擇較清淅的波形。電纜故障粗測使用脈沖法,閃測法是比其它的方法較有效。要想快速精確定位電纜故障點,迅速縮小精確定位的范圍至關重要,這樣可以嬴得許多寶貴的時間。

五、 快速精確定位電纜故障點

要想精確定位電纜故障點,充分利用和合理選擇使用測試設備,也是提高效率贏得時間必不可少的條件,目前國內普遍使用的方法是高壓沖擊法。

高壓沖擊法的原理為:由調壓器調壓使升壓器產生高壓,經電阻限流,經二極管整流為電容充電,當電容電壓上升到放電間隙放電電壓時,間隙放電向故障電纜釋放沖擊電流,電流經過故障點產生聲波,利用聲音放大器尋找故障點。這種方法十分精確有效,這里最關鍵的是要故障點聲音足夠大,頻率適當。要在故障點產生足夠大的聲音,關鍵取決于沖擊電流的大小。而沖擊電流的大小,取決于電容器 C的容量和放電間隙的大小。間隙加大放電電壓增高,但是如果電壓太高,無論對電纜還是設備都是一種威協。所以我們在設備和元件選用控制時一定要計算好,不能超過它的額定值

當高壓沖擊法放電后,我們就可以通過聲測法、聲磁同步檢測法和音頻感應法進行電纜故障的精確定點。這是因為在進行電纜故障測距時,無論采用哪種儀器和測量方法,難免有誤差,為減少開挖,測距后必須進行精確定點,通常使用的方法為:

(一)聲測法

目前在國內是最常用的定點方法,故障測尋時給故障電纜加上一個幅度足夠高的沖擊電壓,故障點發生閃絡放電的同時會產生相當大的放電聲并傳至地表面,利用這種現象來定點可以準確地找出故障點。

(二)聲磁同步檢測法

在監聽到聲音信號的同時,利用磁性天線接收脈沖磁場信號,并用電表或光電指示。如果耳機聽到的聲音與電表指針的擺動或光電信號同步,即可判斷該聲音是由故障點放電產生的,故障點就在附近。

(三)音頻感應法

一般用于探測故障電阻小于10KΩ的電阻故障。用音頻信號發生器向待測電纜注入音頻電流,在地面上用探頭沿被測電纜路徑接收電磁場信號并放大,再送入耳機或指示儀表指示值的大小而定出故障點的位置。

在實測中,以上三種方法可以結合使用,大大提高電纜故障精確定點的效率。需要注意的是聲磁同步檢測法抗無線聲波干擾能力差,這需要在實際中根據現場情況校正接收頻率。

結合以上分析,我們可總結出以下查找故障的經驗:

1、當電纜在運行中發生故障,可將電纜一端短接另一端用萬用表可迅速判斷,電纜是否開路。

2、如果故障是高阻,使用閃測法就可以粗測故障范圍。

3、優先選擇用脈沖法粗測低阻或開路故障電纜的故障范圍。

4、使用沖擊法精確定位。在定位前有一點要注意,最好要了解一下電纜中間接頭的位置,配合粗測法定位是否接頭,這樣可以省很多時間,因為接頭故障率高。按照這樣的步驟,進行電纜故障精確定位,貴州電線電纜廠就一定能夠快速排除故障,最大的減小由于故障帶來的損失。 

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