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电力工程师必备知识—如何精确快速查找电缆故障点?

发布日期:2019-01-14 作者: 点击:

1.电缆的故障类型分析 

从今年已查找的低、中、高压电缆故障的结构特点分析,电缆单相接地故障较为普遍,多是因为电缆遭受外力破坏原因造成。贵州电线电缆厂也不排除本体质量造成,但这种内部短路从外表看不出痕迹较少见。电缆相间短路故障中较少,这是因为相间短路一般都是在运行中发生,发生故障时会产生强大的短路电流造成速断保护动作而跳闸。强大的电流所造成的高温一般都会把电缆烧断造成开路性故障。电缆内部短路,外表看不出痕迹,此类故障一般是由于电缆质量造成的,比较少见。

从电缆的故障位置看,一条电缆最薄弱的地方是中间接头,一般的电缆都有一个或几个中间接头,在做电缆中间接头时由于环境条件限制,加上电缆敷设后不进行防潮处理,制作时中间接管压接不紧密,都可能造成电缆中间接头受潮、工艺缺陷的出现。当运行中长期在高压电场的作用下产生电晕及游离放电,使绝缘本体形成水树直至绝缘老化并击穿。

从电缆故障的性质区分可分为开路、低阻、高阻和闪络性故障四种:

开路故障就是工作电压不能传输到终端,或虽然终端有电压,但带负载能力差。 

低阻故障就是电缆相间或对地的绝缘受损,其绝缘电阻减小到100KΩ以下。)

高阻故障就是电缆相间或对地的绝缘电阻大于100kΩ。

闪络性故障就是在高压保压过程中,突然击穿,在此电压下又能保压的故障。有别于高阻故障,在高压达到一定的电压肯定能击穿的故障。

(故障性质          Rf                       间隙的击穿情况

开  路              ∞                         在直流或高压脉冲作用下击穿

低  阻             小于100Z0             Rf不是太低时,可用高压脉冲击穿

高  阻             大于100Z0             高压脉冲击穿

闪  络              ∞                         直流或高压脉冲击穿

说明:表中Z0为电缆的波阻抗值,电力电缆波阻抗一般在10-40Ω之间。)

以上分类的目的也是为了选择测试方法的方便,根据目前流行的故障测距技术,开路与低阻故障可用低压脉冲反射法,高阻故障要用冲击闪络法,而闪络性故障可用直流闪络法测试。以上几种故障都可以用二次脉冲法测试,这是目前世界上最先进的故障测试技术,国外以德国、奥地利为代表。现场人员有Rf<100KΩ的故障称为低阻故障的习惯,主要是因为传统的电桥法可以测量这类故障。

综合以上分析掌握以下几点是我们查找电缆故障的关键: 

1、确定电缆故障到底属于开路故障、低阻故障还是高阻故障;

2、了解电缆的长度与具体走向(采用仪器进行测量会有0.5米—2米不等的误差);

3、确定该电缆长度及中间头大致位置;

4、电缆故障发生是否与变电站速断保护动作有关;

5、电缆周边是否有工程施工开挖,是否有不明声响;

6、电缆的埋深与现场环境。

2. 电缆故障的粗测

电力电缆查找故障通常分两步:首先在电缆的一端对电缆故障点进行粗测,判断出故障点大概位置;其次,在粗测的范围内,对故障点进行精确定位。

电缆的粗测的方法常用的有:电桥回线法、二(三)次脉冲法和闪络法(冲击闪络法和直流闪络法)。

电桥回线法主要用于电力电缆单相接地、相间短路或短路接地的故障距离测试,根据电缆故障短路接地电阻值的不同,可分别选用高压电桥回线法和低压电桥回线法。这种测距方法是基于电缆沿线均匀,电缆长度与缆芯电阻成正比的特点。贵州电线电缆厂并根据惠斯登电桥的原理,将电缆短路接地故障点两侧的环线电阻引入电桥回路,测量其比值。由测得的比值和已知的电缆全长,计算出测量端到故障点的距离。

二次脉冲法是使用一定电压等级、一定能量的高压脉冲在电缆的测试端施加给故障电缆,让电缆的高阻故障点发生击穿燃弧。同时,在测试端加入测量用的低压脉冲,测量脉冲到达电缆的高阻故障点时,遇到电弧,在电弧的表面发生反射。由于燃弧时,高阻故障变成了瞬间的短路故障,低压测量脉冲将发生明显的阻抗特征变化,使得闪络测量的波形变为低压脉冲短路波形,使得波形判别特别简单清晰。

三次脉冲法是首先在不击穿被测电缆故障点的情况下,测得低压脉冲的反射波形,紧接着用高压脉冲击穿电缆的故障点产生电弧,在电弧电压降到一定值时触发中压脉冲来稳定和延长电弧时间,之后再发出低压脉冲,从而得到故障点的反射波形,两条波形叠加后同样可以发现发散点就是故障点对应的位置。由于采用了中压脉冲来稳定和延长电弧时间,它比二次脉冲法更容易得到故障点波形。

冲闪闪络发俗称为放电,就是测试仪利用电缆故障点在高压作用下闪络放电,形成瞬间短路故障,并同时产生回波信号的原理对其进行测试。测算出两次回波信号的时间差可算出故障点到测试端的距离。 

脉冲法理论上只能对低阻故障进行粗测,而冲闪闪络法则是对高阻故障的粗测。

需要注意的是由于在测试故障点时,阻抗变化的不稳定性,实际波形与理论波形要有一定差距,在实际操作中要认真多次取样选择较清淅的波形。电缆故障粗测使用脉冲法,闪测法是比其它的方法较有效。要想快速精确定位电缆故障点,迅速缩小精确定位的范围至关重要,这样可以嬴得许多宝贵的时间。

五、 快速精确定位电缆故障点

要想精确定位电缆故障点,充分利用和合理选择使用测试设备,也是提高效率赢得时间必不可少的条件,目前国内普遍使用的方法是高压冲击法。

高压冲击法的原理为:由调压器调压使升压器产生高压,经电阻限流,经二极管整流为电容充电,当电容电压上升到放电间隙放电电压时,间隙放电向故障电缆释放冲击电流,电流经过故障点产生声波,利用声音放大器寻找故障点。这种方法十分精确有效,这里最关键的是要故障点声音足够大,频率适当。要在故障点产生足够大的声音,关键取决于冲击电流的大小。而冲击电流的大小,取决于电容器 C的容量和放电间隙的大小。间隙加大放电电压增高,但是如果电压太高,无论对电缆还是设备都是一种威协。所以我们在设备和元件选用控制时一定要计算好,不能超过它的额定值

当高压冲击法放电后,我们就可以通过声测法、声磁同步检测法和音频感应法进行电缆故障的精确定点。这是因为在进行电缆故障测距时,无论采用哪种仪器和测量方法,难免有误差,为减少开挖,测距后必须进行精确定点,通常使用的方法为:

(一)声测法

目前在国内是最常用的定点方法,故障测寻时给故障电缆加上一个幅度足够高的冲击电压,故障点发生闪络放电的同时会产生相当大的放电声并传至地表面,利用这种现象来定点可以准确地找出故障点。

(二)声磁同步检测法

在监听到声音信号的同时,利用磁性天线接收脉冲磁场信号,并用电表或光电指示。如果耳机听到的声音与电表指针的摆动或光电信号同步,即可判断该声音是由故障点放电产生的,故障点就在附近。

(三)音频感应法

一般用于探测故障电阻小于10KΩ的电阻故障。用音频信号发生器向待测电缆注入音频电流,在地面上用探头沿被测电缆路径接收电磁场信号并放大,再送入耳机或指示仪表指示值的大小而定出故障点的位置。

在实测中,以上三种方法可以结合使用,大大提高电缆故障精确定点的效率。需要注意的是声磁同步检测法抗无线声波干扰能力差,这需要在实际中根据现场情况校正接收频率。

结合以上分析,我们可总结出以下查找故障的经验:

1、当电缆在运行中发生故障,可将电缆一端短接另一端用万用表可迅速判断,电缆是否开路。

2、如果故障是高阻,使用闪测法就可以粗测故障范围。

3、优先选择用脉冲法粗测低阻或开路故障电缆的故障范围。

4、使用冲击法精确定位。在定位前有一点要注意,最好要了解一下电缆中间接头的位置,配合粗测法定位是否接头,这样可以省很多时间,因为接头故障率高。按照这样的步骤,进行电缆故障精确定位,贵州电线电缆厂就一定能够快速排除故障,最大的减小由于故障带来的损失。 

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