4-15 电力电缆故障分析及检测.doc
《4-15 电力电缆故障分析及检测.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《4-15 电力电缆故障分析及检测.doc(19页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、故障分析与反措电力电缆故障分析及检测高侠(江西南昌供电公司)摘要本文详细介绍了各种行之有效的电缆故障检测方法,分三个部份,分别为电力电缆故障性质的分析方法、电力电缆故障粗测方法、电力电缆故障的精确定点方法。此类研究工作将对本公司今后电缆故障抢修工作带来一定的意义。关键词分析故障性质 故障点粗测 故障点定位0前言随着我国经济的迅猛发展,城市规模的不断扩大,高层建筑越来越多,人口越来越密集,以及电力两网改造的完成,安全方便的电力电缆应用日益广泛。但由于电缆长时间运行,就难以避免的因外力破坏和自身绝缘老化等原因引起各种类型的电缆故障。同时由于电缆多数敷设于地下,属于隐蔽工程,故障点的查找不如架空输电
2、线路直观,如不能及时排除故障、恢复供电,往往造成停电停产的重大损失。所以如何用最快的速度、最低的维修成本恢复供电是各供电部门在遇到电缆故障时最关心的课题。电缆故障的检测,无论选用哪种测试方法,均需按照一定的程序和步骤进行。一般来说分三个步骤:分析故障性质、故障点粗测、故障点定位。1电力电缆故障性质的分析方法1.1电力电缆故障的分类目前电力电缆故障可能涉及到三大类故障:导体故障(芯线及金属屏蔽层)。主绝缘故障。护套故障。但由于电力电缆的种类繁多,结构组成不尽相同,加之根据不同部门的需要,可以有不同的分类方法,简单归纳为以下几种情况。1.1.1电缆故障按故障部位分类1)主绝缘故障。电缆的导体芯线与
3、地或金属屏蔽层之间绝缘受损形成各种性质故障。一般来讲,35KV及以下等级电缆,其绝大多数故障属于此类故障。2)护套故障。一般指电缆的金属护套(层)或绝缘护套受损形成的故障,实际中能够发现的是金属护套对大地之间绝缘护套的故障。此类故障以泄漏性故障居多。护套故障只有在35KV及以上高电压等级的单芯电力电缆才涉及到。3)本体故障。完整的输电电缆由电缆本体和电缆接头两大部分组成,因此电缆的故障肯定发生在电缆本体和电缆接头。电缆的本体可出现不同性质的故障,通常因产品质量和外因损坏为主要原因。4)接头故障。使用电缆供电,不论电缆长短,肯定存在终始端两个接头。对于长距离供电电缆或者电缆出现故障修复后,电缆也
4、肯定有连接头,即中间接头。通常电缆故障的相当一部分为接头故障,其表现性质各不相同,但通常以多相并对地泄漏性高阻故障居多。1.1.2电缆故障按故障时间分类1)运行故障。运行故障是指电缆在运行中因绝缘击穿或导线烧断而引起保护器动作,突然停止供电的故障。此类故障通常以单相或多相并对地泄漏性故障较多。2)试验故障。试验故障是指在预防性试验中绝缘击穿或绝缘不良而必须进行检修后才能恢复供电的故障。1.1.3电缆故障按故障责任分类1)人员过失。电缆选型不当,三头结构设计失误,运行不当,维护不良等。2)设备缺陷。电缆制造缺陷,电缆三头附件材料缺陷,利用旧设备的遗留缺陷,安装方式不当或施工工艺不良等原因造成的三
5、头质量缺陷。3)自然灾害。雷击、水淹、台风袭击、鸟害、虫害、泥石流、地沉、地震、天体坠落等。4)正常老化。一般电缆运行30年以上的绝缘老化,户外头运行20年以上的浸潮,垂直敷设油纸电缆在20年以上的高端干枯等。5)外力损坏、腐蚀、用户过失及新产品、新技术的试用等。1.1.4电缆故障按故障性质分类1)短路(接地)型:电缆一相或数相导体对地或导体之间的绝缘发生贯穿性故障。根据短路(接地)电阻的大小又有高电阻、低电阻和金属性短路(接地)故障之分。2)断线型:电缆一相或数相导体不连续的故障。3)闪络型:电缆绝缘在某一电压下发生瞬时击穿,但击穿通道随即封闭,绝缘又迅速恢复的故障。4)复合型:电缆故障具有
6、两种以上的故障特点。电力电缆线路常见故障故障性质故障特点常见类型低电阻接地或短路故障电缆线路一相导体或数相导体对地或数相导体之间的绝缘电阻低于某一种数值(此数值并非固定不变,它主要取决于测试设备的条件,如测试电源电压的高低、检流计的灵敏度等),而导体的连续性良好。单相接地、二相短路、二相短路接地、三相短路接地等。高电阻接地或短路故障与低电阻接地或短路故障相似,但区别在于接地或短路的电阻大于某一数值(此数值并非固定不变,它主要取决于测试设备的条件,如测试电源电压的高低、检流计的灵敏度等)。单相接地、二相短路、二相短路接地、三相短路接地等。断线故障电缆各相导体的绝缘电阻符合规定,但导体的连续性试验
7、证明有一相或数相导体不连续。单相断线、二相断线、三相断线。闪络故障低电压时电缆绝缘良好,当电压升高到一定数值或在某一较高电压持续一定时间后,绝缘发生瞬时击穿现象。单相闪络、二相闪络、三相闪络。复合型故障电缆线路具有两种或两种以上故障特性。接地断线、断线闪络、断线短路等。1.2电力电缆故障的判别方法上述较详细地分析了电力电缆的故障分类,以下仅从用户管理的角度讲述电力电缆故障的判别方法。分析故障类型,总结如下:电力电缆故障导体损伤断线故障绝缘损伤泄漏性故障低阻故障高阻故障闪络性故障高阻故障护套故障低阻故障高阻故障1.2.1断线故障断线故障的判断方法见图1(附图1)图1断线故障的判断方法(a)单芯电
8、缆;(b)三芯电缆附图1:对于单芯电缆,在终端将线芯与金属屏蔽层短接,在始端用欧姆表(三用表)测试A到屏蔽层的电阻值,R应稍大于R0=L/S(),一般应满足RA2 R0条件。若RA=,为断线故障。对于三芯电缆,若电缆有金属屏蔽层,在终端将三相与金属屏蔽层短接,用欧姆表在始端分别测试三相对屏蔽层以及三相间的电阻值,三相电阻应基本平衡且应满足RA、B、C2 R0条件。若RAB、RBC、RAC任意两组数数据与RA、RB、RC任意一组数据中的电阻值为时,可判断为断线故障。若电缆无金属屏蔽层,可不测试相对地电阻,应测相间电阻。注意在判别时尽可能不要使用兆欧表,因为断线故障的故障点处绝缘可能碳化并形成较低
9、电阻的碳化通道,从而在兆欧表测试下可能呈现电阻为零的假象,造成误判断。另一种判别方法就是应用低压脉冲法测试。通过用脉冲法测试电缆的相对长度及脉冲反射波形来判断电缆是否存在断线故障,此时无需将电缆另一端短接。此方法对芯线及金属蔽层都可非常有效地检测。1.2.2泄漏性低阻故障(简称低阻故障)依据电阻电桥法或依据低压脉冲法,低阻故障有两个不同的定义。1)依据电桥法。用欧姆表或万用表测试电缆相间和对地(或金属屏蔽层)的电阻值,若电阻值小于10K可认为是低阻故障。2)依据脉冲法。最好的判别方法是用低压脉冲法测试相间或相对地的波形,若波形中产生与仪器发射脉冲反极性的反射波形时,一般可判定电缆存在有低阻故障
10、。但应区分是否是电缆中的接头反射波,因为有些接头的反射极性与低阻故障类似。一般来讲,低阻故障应小于几千欧。1.2.3泄漏性高阻故障相对于低阻故障,若用电阻电桥和脉冲法测试不了的相间或相对地泄漏性故障,通常还有两种判别方法:1)兆欧表或欧姆表法。若用兆欧表或欧姆表测得相间或相对地电阻远小于电缆正常绝缘电阻值时,可判别为泄漏性故障。一般电阻值在数千欧至几十兆欧。2)直流耐压预试。在电缆的额定电压下分相加直流电压,当电缆的泄漏电流值Ig随预试电压的升高而连续增大,并远大于电缆的允许泄漏值时,即可判断电缆有泄漏性故障,其阻值可进一步通过兆欧表来测试。1.2.4闪络性高阻故障(简称闪络性故障)由于闪络性
11、故障几乎全在高阻状态,且阻值很高,通常稍低于或相等于电缆正常的绝缘电阻值。因此,在现场只有通过做预试一种方法来判别。在电缆的允许额定试验电压下,当试验电压高于某一电压值时(未超过额定试验电压),泄漏电流值突然增大,而当试验电压下降后,泄漏电流值恢复正常,此时可判断电缆存在闪络性故障。1.2.5护套故障实际中,在66KV及以上等级或特殊电缆才存在护套故障,其故障性质多为泄漏性高阻或低阻故障,所以一般可通过兆欧表或欧姆表来判知。1.3电力电缆故障的成因及其特征电力电缆除运行故障外,一般是通过不同的检查、试验方法发现其故障的存在,但电力电缆故障绝不是检查试验所造成的。通过分析统计得出,电力电缆故障主
12、要与以下几种因素有关。1.3.1机械损伤。机械损伤类故障比较常见,所占的故障率最大(约为57%),其故障形式比较容易识别,大多造成停电事故。一般造成机械损伤的原因有以下几种:1)直接受外力损坏。如进行城市建设,交通运输,地下管线工程施工、打桩、起重、转运等误伤电缆。2)施工损伤。如机械牵引力过大而拉损电缆;电缆弯曲过度而损伤绝缘层或屏蔽层;在允许施工温度以下的野蛮施工致使绝缘层和保护层损伤;电缆剥切尺寸过大、刀痕过深等损伤。3)自然损伤。如中间接头或终端头的绝缘胶膨胀而胀裂外壳或附近电缆护套;因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮擦破;因土地沉降、滑坡等引起过大拉力而拉断中间接头或电缆本体;
13、因温度太低而冻裂电缆或附件;大型设备或车辆的频繁振动而损坏电缆等。1.3.2绝缘受潮。绝缘受潮是电缆故障的又一主要因素,所占的故障率约为13%,绝缘受潮一般可在绝缘电阻和直流耐压试验中发现,表现为绝缘电阻降低,泄漏电流增大。一般造成绝缘受潮的原因有以下几种:1)中间接头或终端头密封工艺不良或密封失效。2)电缆制造不良,电缆外护层有孔或裂纹。3)电缆护套被异物刺穿或被腐蚀穿孔。1.3.3绝缘老化。电缆绝缘长期在电和热的作用下运行,其物理性能会发生变化,从而导致其绝缘强度降低或介质损耗增大而最终引起绝缘崩溃为绝缘老化,绝缘老化故障率约为19%。运行时间特别久(3040年以上)的则称为正常老化。如属
14、于运行不当而在较短年份内发生类似情况者,则认为是绝缘过早老化。引起绝缘老化过早老化的主要原因有:1)电缆选型不当,致使电缆长期在过电压下工作。2)电缆线路周围靠近热源,使电缆局部或整个电缆线路长期受热而过早老化。3)电缆工作在与电缆绝缘起不良化学反应的环境中而过早老化。1.3.4过电压。电力电缆因雷击或其他冲击过电压而损坏的情况在电缆线路上并不多见。因为电缆绝缘在正常的运行电压下所承受的电应力,约为新电缆所能承受的击穿试验时承受电应力的十分之一。因此,一般情况下,34倍的大气过电压或操作过电压对于绝缘良好的电缆不会有太大的影响。但实际上电缆线路在遭受雷击时被击穿的情况并不罕见。从现场故障实物的
15、解剖分析可以确认,这些击穿点往往早已存在较为严重的某种缺陷。雷击仅是较早地激发了该缺陷。容易被过电压激发而导致电缆绝缘击穿的缺陷主要有:1)绝缘层内含有气泡、杂质或绝缘油干枯。2)电缆内屏蔽层上有节疤或遗漏。3)电缆绝缘已严重老化。1.3.5过热。电缆过热有多方面的原因,从近几年我单位电缆运行情况的统计分析上来看,主要有以下原因:1)电缆长期过负荷工作。2)火灾或邻近电缆故障的烧伤。3)靠近其他热源,长期接受热辐射。过负荷是电缆过热的重要原因。电缆过负荷(在电缆载流量超过允许值或异常运行方式下)运行,未按规定的电缆温升和整个线路情况来考虑时,会使电缆发生过热。例如在电缆比较密集的区域,电缆沟及
16、隧道通风不良处,电缆穿在干燥的管中部分等,都会因电缆本身过热而加速绝缘的损坏。橡塑绝缘电缆长期过热后,绝缘材料发生变硬、变色、失去弹性、出现裂纹等物理变化;油纸电缆长期过热后,绝缘干枯、绝缘焦化,甚至一碰就碎。另外过负荷也会加速电缆铅包晶粒再结晶而造成铅包疲劳损伤;在大截面较长电缆线路中,如若装有灌注式电缆头,因灌注材料与电缆本体材料的热膨胀系数相差较大,容易造成胀裂壳体的严重后果。对于因火灾或邻近电缆故障的影响等外来的过热损伤,多半可从电缆外护层的灼伤情况加以确认,比较容易识别。由于我单位比较重视电缆线路与热力管线接近情况,并采取一定的措施,因此引起过热损坏情况及为罕见。1.3.6产品质量缺
17、陷。电缆及电缆附件是电缆线路中不可缺少的两种重要材料。它们的质量优劣,直接影响电缆线路的安全运行。由于一些施工单位缺乏必要的专业技术培训,使电缆三头的制作质量存在较大的质量问题。这些产品质量缺陷可归纳为以下几个方面:1)电缆本体质量缺陷。油纸电缆铅护套存在杂质砂粒、机械损伤及压铅有接缝等;橡塑电缆主绝缘层偏芯、内含气泡、杂质,内半导电层出现节疤、遗漏,电缆贮运中不封端而导致线芯大量进水等;上述缺陷一般不易发现,往往是检修或试验中发现其绝缘电阻低、泄漏电流大,甚至耐压击穿。2)电缆附件质量缺陷。传统三头质量缺陷有:铸铁件有砂眼,瓷件强度不够,组装部份加工粗糙,防水胶圈规格不符或老化等。热缩和冷缩
18、电缆三头质量缺陷有:绝缘管内有气泡、杂质或厚度不均,密封涂胶处有遗漏等。3)三头制作质量缺陷。传统式三头制作质量缺陷主要有:绝缘层绕包不紧(空隙大)、不洁、密封不严,绝缘胶配比不对等。热缩三头制作质量缺陷主要有:半导电层处理不净,应力管安装位置不当,热缩管收缩不均匀,地线安装不牢等。预制件套装时剩余应力太大等。另外,电缆线路中也有一些是拆用旧电缆及附件的情况,这种以旧充新或以旧补旧的做法虽然在利用材料,节省资金方面有好处,但对设备完好率却影响很大,建议施工和运行单位谨慎对待。1.3.7设计不良。电力电缆发展到今天,其结构与型式已基本稳定,但电缆中间头和终端头的各种电缆附件却一直在不断地改进。这
19、些新型电缆附件往往在新设备、新材料、新工艺上没有取得足够的运行经验,因此在选用时应慎重,最好根据其运行经验成熟与否,逐步推广使用,以免造成大面积质量事故。属于设计不良的主要弊病有:1)防水不严密。2)选用材料不妥当。3)工艺程序不合理。4)机械强度不充足。注:在对电缆故障发生原因的分析中,特别重要的是要了解电缆敷设中的情况。若电缆外表观察到可疑之点,则应查阅电缆安装敷设工作完成后的正确记录。这些记录应包括以下细节:铜芯或铝芯导线的截面积;绝缘方式;各个对接头的精确位置;三通接头的精确位置;电缆路径的走向;某一电缆到别的电缆或接头的情况(这一点,十分重要),以及两种不同截面积的电缆对接头的精确位
20、置和有无反常的敷设深度或者有特别的保护措施,如钢板、穿管和排管等;电缆敷设的技工和技术员的姓名(这常常能提供重要的线索);历次发生故障的地点及排除经过等。电力电缆故障的成因分析: 电力电缆故障粗测方法所谓粗测,就是测出故障点到电缆任一端的大致距离。粗测是故障精确定点前的必要准备。近些年来,国内外都很重视电力电缆故障探测技术的开发研究。早期的方法是,使高阻故障经过烧穿后变成低阻故障,而后再用电桥法或低压脉冲反射法进行粗测。因为采用这种方法进行“烧穿”很费时间、人力和电力,而且需要庞大的设备。目前已经开发出可靠的冲击高压闪络法、二次脉冲法、智能高压电桥法等先进测试技术。所以,现在探测电力电缆故障时
21、,不再将高阻故障“烧穿”,而是直接对故障电缆的故障相施加直流高压或冲击高压,使故障点电离放电闪络,然后再通过闪络脉冲的反射波粗测出故障点的位置。粗测法实际上可归纳为两类,即经典法(如电桥法及其变形等)和现代法(如脉冲反射法)。现代法与经典法相比,具有下列优点: 可以不依赖准确的电缆资料。如长度、截面、接头或分支位置、敷设图等。 测试简便。由于不需要“烧穿”降阻,使测试设备得到简化,测试程序变得简单。 测试效率高。由于高阻故障无需漫长的“烧穿”降阻过程,缩短了测试时间,使得测试效率大为提高。 测试更精确。现代的脉冲反射法采用先进的微电子技术,尤其是引入了人工智能技术,无需人工换算使现代测试结果更
22、加精确。 适用范围广。现代脉冲反射法不像经典法那样具有应用的局限性,无论是哪种电缆故障,都可以通过脉冲反射测试技术得到快速、准确的测试结果,因此具有更加广泛的适用性。 适于发展。现代的脉冲反射测试技术具有设备简单、轻便,一机多用(各类故障)、操作方便等优点而成为电缆故障诊断技术的发展方向。人工智能设备的出现,为操作者提供了更快捷、准确的测试结果。2.1电力电缆故障粗测方法(一)电桥法“电桥法”用于电力电缆故障测试,其历史比较悠久。由于“电桥法”的操作相对简单,在一些单位和地区一直把“电桥法”作为测试电缆故障的主要测试方法。 “电桥法”最主要的缺点是,对于电缆主绝缘出现的大部分高阻故障不能很有效
23、地进行测试,因此在现场,电桥法用得越来越少了。但对有些特殊结构类型电缆出现的故障,“电桥法”有它本身的独到之处。本文只对现今常用的几种“电桥法”从概念上做个简单介绍,不作全面的分析。2.1.1直流电阻电桥法“直流电阻电桥法”(简称“电阻电桥”)主要用于测试阻值小于10K电力电缆的绝缘故障。2.1.2直流高压电阻电桥法直流高压电阻电桥法(简称“高压电桥”)主要用于测试阻值大于10K而小于数兆欧的主绝缘单相接地故障或相间并对地故障,还用于测试66KV及以上高压电缆外护套绝缘故障、没有金属屏蔽层结构电缆、电缆故障点处没有金属屏蔽层的单相对地、相间并对地泄漏性故障等。高压电桥与直流电阻电桥的测试原理基
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 4-15电力电缆故障分析及检测