電力工程中輸電線路故障分類及其造成原因，并針對輸電線路中電纜故障定位方法及檢測進(jìn)行分析討論，1輸電線路電纜的故障分類 電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障是指電纜一個或多個導(dǎo)體(包括鉛、鋁外皮)斷開。通常在電纜至少一個導(dǎo)體斷路之前,串聯(lián)故障是不容易發(fā)現(xiàn)的,并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對外皮或?qū)w之間的絕緣下降,不能承受正常運(yùn)行電壓。實(shí)際的故障組合形式是很多的, 幾種可能性較大的幾種故障形式是一相對地、兩相對地和一相斷線并接地。 n根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況, 電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。
?。?）開路故障。電纜的各芯絕緣良好,但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體斷開或雖未斷開但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端, 或雖然終端有電壓但負(fù)載能力較差。
?。?）低阻故障。電纜的一芯或數(shù)芯對地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多,電阻值低于10Zc(Zc 為電纜線路波阻抗)而芯線連接良好的。一般常見的這類故障有單相接地、兩相或三相短路或接地。
（3）高阻與閃絡(luò)性故障。電纜的一芯或數(shù)芯對地的絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常阻值較多,但高于10Zc 而芯線連接良好。若故障點(diǎn)沒有形成電阻通道,只有放電間隙或閃絡(luò)性表面,此時故障即為閃絡(luò)性故障,據(jù)統(tǒng)計,這兩類故障約占整個電纜故障的90%。
2輸電線路電纜的故障原因
電力電纜線路故障率和多數(shù)電力設(shè)備一樣, 投入運(yùn)行初期(1～5 年內(nèi))容易發(fā)生運(yùn)行故障,主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問題;運(yùn)行中期(5～25 年內(nèi)),電纜本體和附件基本進(jìn)入穩(wěn)定時期,線路運(yùn)行故障率較低,故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應(yīng)進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電;運(yùn)行后期(25 年后),電纜本體絕緣樹枝老化、電- 熱老化以及附件材料老化加劇,電力電纜運(yùn)行故障率大幅上升。
隨著運(yùn)行時間的不斷增長，機(jī)械損傷、護(hù)層的腐蝕、過電壓、材料缺陷以及設(shè)計制作工藝的問題等導(dǎo)致故障時有發(fā)生。
3輸電線路電纜故障性質(zhì)的判斷
所謂故障的性質(zhì), 就是確定: 故障電纜電阻是高阻還是低阻; 是閃絡(luò)還是封閉性故障; 是接地、短路、斷線, 是單相、兩相, 還是三相故障。根據(jù)電纜故障性質(zhì)的判斷, 我們可以采取相應(yīng)的試驗手段以便于快速、準(zhǔn)確地測定電纜故障點(diǎn)，若電纜故障為低阻故障, 我們則采用脈沖法。若電纜故障為高阻故障,我們則采用沖擊高壓閃絡(luò)法。
3.1 運(yùn)行中的電纜發(fā)生故障時, 預(yù)報警并顯示則有可能是電纜短路或接地故障, 此類故障有可能由于短路接地電流大而造成斷線故障。
3.2 預(yù)防性試驗中發(fā)現(xiàn)的故障多為高阻故障。
3.3 對故障電纜進(jìn)行絕緣電阻測定及導(dǎo)通試驗。
用2500V 兆歐表測量電纜芯線對地和相間的絕緣電阻來判斷電纜故障是對地還是相間, 是高阻還是低阻故障, 如絕緣電阻較低時, 則可用500V―1000V 兆歐表測量。導(dǎo)通試驗時, 將電纜芯線之間在一端短接起來, 在另一端用萬用表測量電纜芯線間的電阻, 來判斷電纜是否斷線故障。電纜故障確定后, 首先選擇最簡便、快速、準(zhǔn)確的尋測方法。
4輸電線路中電纜預(yù)定位方法分析
由于電力電纜產(chǎn)品在發(fā)展過程中不斷采用新的絕緣材料, 因而電纜的絕緣電阻也不斷增高, 過去使用的一些探測方法已經(jīng)不能滿足需要, 因為使用以往的故障探測法, 對于高阻故障, 必須經(jīng)過“燒穿”才能進(jìn)行探測, 電纜故障點(diǎn)的燒穿, 要花費(fèi)大量的時間、電力、設(shè)備和人力, 這在故障探測中, 是花時間最多, 最難進(jìn)步的一步, 目前廣泛采用的是脈沖反射法, 即閃測法, (利用故障點(diǎn)閃絡(luò)進(jìn)行測距的儀器, 簡稱為閃測儀)進(jìn)行故障測尋, 從而使故障可不經(jīng)燒穿就能直接進(jìn)行粗測。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是: 探測快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng), 所用儀器輕便, 即可節(jié)省時間, 又可節(jié)省人力, 我們多利用脈沖反射法, 和沖閃法能夠準(zhǔn)確的尋找到各種類型的電纜故障, 下面就電纜故障的性質(zhì)和尋測方法進(jìn)行一下分析:
若電纜故障為低阻故障, 我們則采用脈沖法。若電纜故障為高阻故障,我們則采用沖擊高壓閃絡(luò)法。
4.1 用脈沖法測尋低阻電纜故障脈沖法是電纜測試中最簡便和直觀的尋測方法。其準(zhǔn)確度很高。它可直觀從閃測儀中觀察出故障點(diǎn)是短路還是開路故障。并且可以從示波器標(biāo)準(zhǔn)距離刻度上直接推算出故障點(diǎn)距測量端的距離。脈沖法接線如下圖
工作原理測試時, 在故障相上加低壓發(fā)送脈沖, 該脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方, 如: 故障點(diǎn)、電纜終端。在該點(diǎn)處被反射回去。測量發(fā)送脈沖和反射脈沖的時間差就可以確定故障點(diǎn)的位置。故障點(diǎn)的距離:
利用公式L=1/2VT …… (1) 求出
T―為標(biāo)準(zhǔn)波時間差
V―電波在電纜中的傳播速度
由于電纜的絕緣材料不同, 電波在其中的傳播速度也不同, 可參照表一。
電纜的絕緣材料 油浸紙絕緣電纜 塑料電纜 橡膠電纜
傳播速度V 160米/微秒 170～220米/微秒 220米/微秒
表一 電波在電纜中的傳播速度
故障的性質(zhì)類型, 由反射脈沖極性快定。如發(fā)射正脈沖短路故障將產(chǎn)生負(fù)反射; 開路故障(包括電纜終端)將產(chǎn)生正反射。如果發(fā)送的脈沖為一個正脈沖, 脈沖法測定短路故障及開路故障波形如下圖。
4.2 用沖閃法測尋高阻電纜故障根據(jù)我廠多年來電纜在運(yùn)行中及預(yù)防性試驗中所發(fā)生的電纜故障情況看來。電纜故障的70%以上是高阻故障, 特別是在預(yù)防性試驗時發(fā)生擊穿的故障90% 以上是高阻故障。沖擊高壓閃絡(luò)法更適合任何類型的高阻故障。并且試驗方法簡便、準(zhǔn)確、快速。
4.2.1 電感沖閃法
沖擊高壓閃絡(luò)法根據(jù)在測試時, 分為電感沖閃法和電阻沖閃法。不同之處只是與球形間隙相串聯(lián)的電感線圈L 可改為電阻。兩種方法其原理相似, 但電感沖閃法使用更加廣泛。在高阻電纜故障尋測時多使用此方法。下面僅對電感沖閃法的原理進(jìn)行一下簡單分析。
4.2.2工作原理:
電源接通后, 電流通過調(diào)壓器、變壓器整流對電容器充電, 當(dāng)充電電壓達(dá)到一定數(shù)值時, 球間隙JS 波擊穿, 電容器C 的電壓通過球間隙的短路電弧和一小電感L 直接加到電纜的測量端。這個沖擊電壓波沿電纜向故障點(diǎn)傳播。只要電壓的峰值足夠大, 故障點(diǎn)就會因電離而放電, 故障點(diǎn)放電所產(chǎn)生的短路電弧便沿電纜送出的電壓波反射回來。
其故障點(diǎn)的理想波形如圖四, 只要測出波形的第一個上突跳拐點(diǎn)T1 和下一個下突跳點(diǎn)T2 間的時間間隔, 便可以利用L=1/2VT 算出故障點(diǎn)距測試端的距離。
如: 電纜為油浸電纜, 電波在油浸紙絕緣電纜中傳播速度
V=160m/μs 其故障點(diǎn)距離
L=1/2VT=80×4=320 米
以上的脈沖法和閃絡(luò)法的分析都是一些標(biāo)準(zhǔn)電纜所測的波形都是理想波形。在實(shí)際中, 由于電纜的長短, 故障點(diǎn)的不同。尤其是電纜的絕緣材料不同。實(shí)測的波形都不是一些理想波形。這就要求我們在測量時應(yīng)根據(jù)一些具體情況, 將一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整使其波形接近理想波形, 以便準(zhǔn)確無誤確定故障點(diǎn)的位置。
5輸電線路電力電纜故障點(diǎn)定位及電纜識別方法
5.1 聲測法
聲測法是電纜故障定點(diǎn)的主要方法，多用于測試高阻、閃絡(luò)性故障和分部低阻故障。使用的設(shè)備與沖閃法相同，對于電纜護(hù)層燒穿的故障，可以直接聽到故障點(diǎn)的發(fā)電，對于未燒穿的故障，采用聲電轉(zhuǎn)換器將很小的震動波轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)行放大處理，用耳機(jī)來傾聽，聽測出最響點(diǎn)即位故障點(diǎn)位置。
5.2聲磁同步法
在實(shí)際測試中，環(huán)境噪聲的干擾增加了聲測法準(zhǔn)確辨別的難度。由于故障點(diǎn)放電時，除了產(chǎn)生電聲外，還會產(chǎn)生高頻電磁波向地面?zhèn)鞑?。通過同時接收聲波和電磁波方法來判斷當(dāng)前的聲波是否由故障點(diǎn)放電引起。這就是聲磁同步法，它是對聲測試方法的改進(jìn)，提高抗干擾能力。
5.3音頻感應(yīng)法
當(dāng)電纜發(fā)生相間短路、相地短路及三相對地短路時，由于電纜故障點(diǎn)電阻等于零，放電間隙被短路，采用聲測法和聲磁同步法測試時，故障點(diǎn)放電聲音微弱，無法進(jìn)行定位。而音頻感應(yīng)法采用向?qū)w通1KHZ左右的音頻電流，在地面上用音頻線圈探頭沿被測電纜方向接收電磁場信號，并將之送入放大器，再將信號送入耳機(jī)或儀表。相間短路或相間短路并接地故障測試時，接收線圈垂直或平行放置于電纜接收信號，當(dāng)線圈沿電纜上方移動時，會聽到聲響有規(guī)則的變化，在故障出時聲響會增強(qiáng)，過來故障點(diǎn)時，聲響會明顯變?nèi)趸蛑袛?。但是，對于單相接地故障，采用一般的電感線圈在電纜的全長上接收到的信號基本沒有變化，可以通過差動線圈接收的方法，兩個線圈的信號相減，抵消從地流過電流產(chǎn)生的磁場，接收器收到的信號只反映導(dǎo)體與金屬護(hù)套之間流動的電流產(chǎn)生的磁場，在故障點(diǎn)前接收器能收到一個沿電纜變化的信號，而在故障點(diǎn)后，由于沒有導(dǎo)體電流，所以接收器接收到的信號為零
5.4電纜識別方法
對于多條電纜并排敷設(shè)的情況，在尋找和排除電纜故障點(diǎn)時，需要區(qū)分出哪條是要尋找的電纜。由于通電導(dǎo)體周圍的磁場強(qiáng)度與導(dǎo)體的距離成反比，并且電纜的某一相導(dǎo)體不在電纜的軸線上，所以可以通過在電纜的導(dǎo)體對地或兩異體之間入音頻電流信號，利用探測儀接收電纜周圍磁場的變化，來判斷所要尋找的電纜。
在目前電力系統(tǒng)中, 電能的傳送其只要是通過導(dǎo)線來完成的, 導(dǎo)線主要有架空線和電纜兩種形式，與架空線相比, 電纜具有許多優(yōu)點(diǎn): 如占地面積小, 不受建筑物和路面等限制, 主要敷設(shè)于地下, 對人身安全比較有利。其運(yùn)行狀況不易受雷擊, 風(fēng)害和鳥害等外界因素的影響，對地電容為同級架空線的十倍以上, 因而對提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)有利，對通訊線路的干擾很小，但是在使用過程中始終會出現(xiàn)的一些問題或故障，文中主要并針對其故障定位方法及檢測進(jìn)行分析討論，可供相關(guān)人員參考。
