电力电缆故障判断检测技术与预防技术措施

1 传统的电缆故障检测方法

1.1 测量电阻电桥法

此方法几十年来几乎没有什么变化。对于短路故障、低阻故障,此法测起来甚为方便。电桥法是利用电桥平衡时,对应桥臂电阻的乘积相等,而电缆的长度和电阻成正比的原理进行测试的。

1.2 低压脉冲反射法

低压脉冲法也称时域反射法(TDR),指脉冲反射仪在不通过高压冲击器的情况下,独立测量电缆的低阻与断路故障。

1.3 脉冲电压取样法

脉冲电压取样法又称冲击高压闪络法,是一种用于测量高阻泄漏与闪络性故障的测试方法。首先将电缆故障在直流或脉冲高压信号下击穿,然后通过记录放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间来测距。脉冲电压法主要有直流高压闪络(直闪法)与冲击高压闪络(冲闪法)两种方法。

1.4 电缆故障定点的传统方法

①声测法

此方法是利用故障点在高压冲击时的击穿放电声音进行精确的定位。

②声磁同步法

在向电缆施加冲击直流高压使电缆故障点放电时,会在电缆周围产生脉冲磁场。在声测定点时接收到脉冲磁场信号即可认为放电声音是电缆故障点发出的。

③音频感应法

此法一般用于检测低阻故障。其原理是:用1kHz的音频信号发生器向待测电缆注入音频电流,使电缆发出电磁波,在地面上接收电磁场信号,并放大,再送入耳机或指示仪表,根据声响强弱或指示仪表值的大小来确定故障点的位置。

在向电缆施加冲击直流高压使电缆故障点放电时,会在电缆周围产生脉冲磁场。在声测定点时接收到脉冲磁场信号即可认为放电声音是电缆故障点发出的。

③音频感应法

此法一般用于检测低阻故障。其原理是:用1kHz的音频信号发生器向待测电缆注入音频电流,使电缆发出电磁波,在地面上接收电磁场信号,并放大,再送入耳机或指示仪表,根据声响强弱或指示仪表值的大小来确定故障点的位置。

2 目前电缆故障检测的新方法

2.1 电缆故障测距的方法

①实时专家系统

专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序,它的智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。因此,专家系统必须包含领域专家的大量知识,拥有类似人类专家思维的推理能力,并能用这些知识来解决实际问题。

②利用因果网对电力系统故障定位。

因果网络中有4类节点状态、征兆、假设、起始原因。状态节点是表达领域中某部分或某功能的状态,如断路器跳闸;征兆节点是表达状态节点的征兆,如断路器跳闸的征兆是保护动作:假设节点是表达研究系统的诊断假设,如发生线路故障的假设;起始原因节点是表达引起故障的最初原因。各类节点之间可形成对应的基本关系。

③小波变换应用在电缆故障测距中

小波分析是几个学科共同发展的结晶,这几个学科是数学、信号处理以及计算机视觉。小波分析在数学上是用小波的原型函数来实现的,其中原型函数可以看成是带通滤波器,因此小波分析也可以通过滤波器来实现,其关键是寻求具有恒定相对带宽的滤波器组,而这正是信号处理中滤波器组理论的核心内容。

2.2 电缆故障定点的新方法

①人工神经网络

人工神经网络(ANN)是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统。网络上的每个结点相当于一个神经元,经可以记忆(存储)、处理一定的信息,并与其他结点并行工作。求解一个问题是向人工神经网络的某些结点输入信息,各结点处理后向其它结点输出,其它结点接受并处理后再输出,直到整个神经网工作完毕,输出最后结果。

②GPS(全球定位系统)行波故障定位

传统的高压输电线路故障定位主要基于阻抗算法,这种算法对于高阻接地、多端电源线路、直流输电线路等情况存在明显的不适应,通常在实用中其故障定位精度3%～5%,这对于长线路(>100km)难以满足寻线要求。

③分布式光纤温度传感器(FODT)

光纤传感的基本原理是,当光在光纤中传输时,光的特性(如振幅,相位,偏振态等)将随检测对象的变化而变化。

因此,光从光纤中射出时,光的特性己得到了调制。通过对调制光的检测,便能感知外界的信息。

3电缆故障检测实例

3.1现场开关跳闸、接地短路故障处理通过测量电缆对地绝缘电阻为5kΩ。用电缆故障检测仪采集的波形如图1所示。

由图1可知,此处电源进线电缆全长1138m,高压脉冲测试波形显示故障点在距配电端323m处,粗测距离后,用定点仪精确定位,果然在附近找到故障点。原因是,距此处5m有一污水井,故障点绝缘损坏进水造成短路并断线。

3.2 高阻故障的处理

有一根全长为120m的电缆,判断为高阻故障,高压脉冲采集波形显示故障点在80m处,经过处理分析原来是电缆被支架碰破外皮,沟内潮湿,长时间后造成绝缘破坏,短路接地放电。

3.3 电缆存在两个故障点的故障处理

某大楼电源进线为低压聚氯乙烯电缆,全长130m多,故障相对地绝缘电阻为80Ω,用低压脉冲采集波形后,分析波形在距始端较近处。用高压脉冲测试,波形不理想,不能断定其具体位置。

探明路径后,用定点仪循路径检测,在距始端30m处,声测法听到较强的放电声,挖开后电缆外皮及钢甲在此处锈蚀断裂,但主绝缘未遭破坏,处理好钢甲后,电缆绝缘仍很低,随后继续查找,用定点仪在距钢甲断裂5m处听到较弱的放电声,挖开电缆,发现三相已断开,短路接地。象这种有两个以上的故障点的电缆查找起来比较麻烦。

3.4 故障点放电不充分事故的处理

有的电缆在用低压脉冲定点后,用高压脉冲法在故障点周围却听不到放电声,如某分厂的电源电缆,相间绝缘电阻都为零,相对地47Ω,属三相短路并接地。用低压脉冲法测故障在276m处,但声测法却听不到,这种情况应该用音频电流感应法,即在另端用路径仪发生音频振荡信号,用接收器耳机来接收音频信号,在距发射端57m处音频信号中断,和用低压脉冲法在另端测试的276m距离基本吻合。

挖开地面后,发现故障点就在此处,电缆被一蒸气管道井的漏蒸气长期高温熏烤而致绝缘损坏。这种情况不能采用声测法的原因是故障点大面积受潮或故障点大面积放电,由于放电爬距过长,能量不集中,电弧不足以使故障点形成瞬间短路导致的,这是故障点放电不充分的表现。

4 预防电缆故障的技术措施

4.1 选择合适的电缆类型

油纸绝缘电缆的制造技术比较成熟,成本低,工作寿命长,结构简单,制造方便,但绝缘油容易流淌,在高落差敷设时,绝缘内的绝缘油由高处流向低处,使高处的电缆绝缘干枯,造成绝缘强度降低,低处由于油压增

加,发生铅包龟裂从而引起故障。

而交联聚乙烯电缆不仅允许温升比油纸绝缘电缆的高,其工作允许场强也比油纸绝缘电缆的高,而且其敷设不受高落差限制,相同截面的电缆,交联聚乙烯电缆要比油纸绝缘电缆的允许长期载流量高出一档,目前我公司已将大部分油纸绝缘电缆更换为交联聚乙烯绝缘电缆,既解决了高落差引发的故障,又扩大了电缆的输送容量。

4.2 改进电缆终端制作工艺

早期油纸电缆终端大多数使用铸铁电缆终端,这种电缆终端经常容易漏油损坏,而环氧树脂电缆终端具有较高的机械强度和耐压强度、吸水率低、化学性能稳定、与金属粘结力强、密封性能好,采用这种电缆终端,基本上可解决电缆漏油等问题,提高电缆的绝缘性能。

4.3 选择电缆通道应避免因腐蚀引起电缆故障

电缆的周围环境不良,附近土壤中含有酸、碱溶液,氯化物等化学物质,会使电缆受到腐蚀,邻近化工厂地区因地下水的污染,也会使电缆产生化学腐蚀,所以在选择电缆通道时,应详细调查或询问有关的地质污染情况,特别在化工区,电缆通道选择应慎重并采取有效的防污染措施。

4.4 监视负荷电流,预防过负荷产生绝缘击穿

电力电缆运行规程规定:电缆线路原则上不允许过负荷运行、超负荷运行,由于电缆温升的增加,加快了电缆绝缘的老化,使电缆的寿命大大降低,运行中使电缆绝缘薄弱处,比如接头,发生击穿事故。

所以根据电缆敷设方式、运行条件、环境温度、并列条数对电缆的长期允许载流量进行校核并作出规定,运行中依据所定的规定值对电缆载流量进行测量监视,在负荷高峰期应用红外线测温仪对电缆的节点测温,防止电缆温度过高、过热,及时掌握电缆的运行情况,以避免发生电缆长期过负荷运行造成的电缆故障。

4.5 电压及负荷检测

为防止绝缘老化,线路电压一般不应比电缆额定电压高出15%。经常测量和监视电缆的负荷情况,保持电缆线路在规定的允许持续载流量下运行,一旦发生电缆线路过负荷的现象,应立即与相关部门协调制定有效方案。

5 结论

在实际工作中,电缆的故障类型和故障原因是多种多样的,电缆故障产生的根源一般是积患已久和管理不善,所以,只要提高相关人员的主观认识,采取得力措施,精心维护,积极预防,电缆事故是可以减少甚至杜绝的。