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高压电力电缆的故障诊断与分析

来源:美端电气   发布时间:2019-07-02 22:16


高压电力电缆的故障诊断与分析
电力电缆故障可分为开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型。
       若电缆相间或相对地的绝缘(insulated)电阻值达到所要求的标准值,但工作电压不能传输到终端,或虽然终端有电压但负载能力较差,这类故障称开路故障。若电缆相间或相对地的绝缘受损,其绝缘电阻减小到一定程度的故障称为低阻故障。相对于低阻故障,若电缆相间或相对地的故障电阻较大,则称为高阻故障,它包括泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障。泄漏性高阻故障是指随试验电压的升高而泄漏电流逐渐增大,且大大超过规定的泄漏值的故障。闪络性高阻故障是指绝缘电阻值很大,当试验电压升高到一定值时,泄漏电流突然增大的故障。
       在进行电缆故障探测时,先需要进行电缆故障性质判断,通常是将电缆脱离供电系统,并按下列步骤测量:
       1.用绝缘电阻测试仪测量每相对地绝缘电阻,如绝缘电阻指示为零,可用万用表或回路电阻测试仪进行测量,以判断是高阻还是低阻接地;
       2.测量两相之间的绝缘电阻,以判断是否是相间故障(fault);
       3.将另一端三相短路,测量其线芯直流电阻,以判断是否有开路故障。路灯电缆故障检测仪各种截面的铝芯或铜芯电力电缆、同轴电缆、及其他类型电缆的:闪络性电缆故障或电阻值极高的故障;封闭性电缆故障或一般高阻的故障;电缆的低阻故障、短路或开路故障;电缆长度和电波在电缆中的传播速度。
       
  一、电缆故障探测技术
       采用的方法主要为低压脉冲法和高压闪络法。
       低压脉冲法可测量(cè liáng)电缆中出现的开路故障、相间或相对地低阻故障;
       高压闪络法可用于探测高阻故障。
       低压脉冲法测量原理是依据均匀传输线中波传输与反射的原理。将被测电缆(Cable)看作是一均匀传输线,它每一点的特性阻抗是相等的,当从电缆一端发射一低压脉冲波时,由于故障点的阻抗发生了变化,电磁辐射传播到该点处就发生折、反射现象,反射电压Ue与入射电压Ui满足关系式:
             其中:Zc为电缆的特性阻抗,Z为电缆故障点的等效波阻抗。对于低电阻故障,若故障点对地电阻为R,则该点的等效波阻抗Z=R/Zc;对于开路故障,若故障电阻为R,则该点的等效阻抗Z=R+Zc。
       当-1<β<0时:说明低阻抗点存在反射波,且反射波与入射波反极性。R愈小,β愈大,Ue愈大;
       当R=0为短路故障时,β=-1,Ue=-Ui:电压(voltage)波在短路故障点产生全反射;
       当0<β<+1时:说明开路故障(fault)点也存在反射波,且反射波与入射波同极性。R愈大,β愈大,Ue愈大;
       当R=∞即为断线故障时,β=+1,Ue=-Ui:电压波在断线故障点产生开路全反射。
       实际用仪器测量低阻、开路故障时,是由机内产生一宽度为0.1~2µ
  S、幅度大于120V的低压脉冲,在t0时刻加到电缆故障相一端。地下电缆探测仪通过向地下管道发送出特定的电磁波信号,探测仪利用探头与磁力线地平面垂直相切时,收到的信号最小(几乎为零)的原理来测定埋地电缆的走向和深度。此时脉冲以速度v向电缆故障点传播,并经过同样的时间t时间后到达故障点,并产生反射脉冲,反射脉冲波又以同样的速度v向测量端传播,并经过同样的时间?t于t1时刻到达测量端。若设故障点到测量端的距离为L,则有如下关系:
       所以只要记录t0和t1时刻,就可以测出测量端到故障(fault)点的距离。
       当对电缆(Cable)全长进行校准(calibration)时,往往使电缆终端开路。地下管线探测仪能在不破坏地面覆土的情况下,快速准确地探测出地下自来水管道、金属管道、电缆等的位置、走向、深度及钢质管道防腐层破损点的位置和大小。因此,电缆全长的校准相当于电缆断线故障的测量情况。电缆存在中间接头时,由于接头处的电缆形状及其绝缘(insulated)介质等的变化,引起了该点特性阻抗的变化。根据电磁波传输理论,该点也存在一定的反射。
       对于高阻故障,由于故障点电阻较大,此点的反射系数β很小或几乎等于零,用低压脉冲法测量(cè liáng)时,故障点的反射脉冲幅度很小或不存在反射,因而仪器分辨不出来。这时需要用高压闪络测量法进行故障探测。
       高压闪络法是由直流高压发生器产生一负的直流高压,加到电缆故障相,当电压高到一定数值后,电缆故障点产生闪络放电,瞬间被电弧短路,故障点便产生一跳变电压波在故障点与测量端之间来回传输,这时只要测量波两次经过某一端的时间差即可求出故障点的距离。
       用于击穿高阻故障(fault)点的电源(power supply)也可以是冲击高压。在用冲击放电进行高阻探测时,应特别注意电缆的耐压等级,所选用的冲击电压的幅值应不超过正常运行(Windows)电压的3.5倍。
       
  二、电缆故障精确定位技术
       由于电缆线路不可能完全直线敷设,用电缆故障探测仪仅能对电缆故障的大致位置(position )进行判断,而不能确切给出电缆敷设后的准确故障点,所以电缆故障精确定位十分重要。
       传统(chuán tǒng)的电缆故障定点方法是听声法。这种方法的特点是简单易行,特别是放电声较大的时候,还是比较理想的。然而,当故障点的直流电阻较小时,放电声不太大,这时难以奏效。现在较普遍使用的定点仪是将微弱的机械振动(vibration)波首先转换成电信号,由放大电路将这一电信号进行足够的放大后,再通过耳机还原成声音,然后通过人机的有机配合,准确地确定故障点的位置。
       不同性质的电缆(Cable)故障,在定点技术(Technology)上略有差异:
       1.对于高阻故障的定点,由于故障的阻抗较高,探测时施加的冲击电压较高,故障点才会发生闪络放电,故放电声和由此而产生的冲击振动波一般说来都比较大,较便于收听、分析和辨别。
       2.对于低阻故障的定点,由于这类故障电阻小,因此故障点的放电间隙也小,致使施加的冲击高压在不很高的情况(Condition)下,故障点便发生闪络放电。这时因闪络放电而产生的冲击振动(vibration)波也小,再加上现场其他因素的干扰,放电声往往不易分辨甚至听不到放电声。这时可控制冲击电压的高低,并通过加大贮能电容器的电容量(Capacity),增强(enhancement)放电强度(strength),从而获得较强、较大的放电声,便于收听、分析(Analyse)和判断故障点的精确位置(position )。
       3.对于开路故障的定点,是在故障相的一端加冲击高压,而故障相的另一端用另外两相和电缆铅包连接后充分接地,然后利用定点仪在粗测范围内进行定点。因开路故障类似于高阻故障,其定点方法(method)与高阻故障的定点方法相同。
       如果故障点就在测试端附近,这时故障点的放电声会被球隙的放电声所淹没,因而不易被测听到。当遇到这种情况(Condition)时,可以将球间隙放到远离测试端的另一端,并通过已知的正常相对故障相加电压,从而达到故障相闪络放电的目的。这时因串入回路的球间隙远离测试端,因此故障点的放电声就比较容易监听到。
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