電力電纜故障探測技術(shù)

1、電力電纜故障探測技術(shù)目 錄摘 要1關(guān)鍵詞：1引 言2一、電纜故障的原因3（1）機械損傷3（2）絕緣受潮3（3）絕緣老化變質(zhì)4（4）過電壓4（5）設(shè)計和制作工藝不良4（6）材料缺陷4（7）護(hù)層的腐蝕4二、電纜故障的性質(zhì)與分類5三、電纜故障探測的步驟6(1）電纜故障性質(zhì)的診斷6(2)電纜故障測距7(3)電纜故障定點10結(jié)束語12參考文獻(xiàn)13致謝14摘 要電力電纜供電以其安全、可靠、有利于美化礦區(qū)及城市布局等優(yōu)點，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。電力電纜的運行質(zhì)量及在故障情況下電力電纜的故障定位及探測技術(shù)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)運行的一項重要技術(shù)。本文首先分析了電力電纜故障常見的原因,并在此基礎(chǔ)上介紹了電力電纜常用

2、的故障檢測步驟及探測技術(shù)。關(guān)鍵詞：電纜 故障 探測 技術(shù)引 言隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活的用電量日益增加，對電力的需求量越來越大，對電網(wǎng)的運行安全要求也越來越高。而作為連接各種電氣設(shè)備、傳輸和分配電能的電力電纜，以其安全、維護(hù)工作量少，穩(wěn)定性高，有利于提高電能的質(zhì)量并且美化城市等優(yōu)點，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，電力電纜所產(chǎn)生的故障在所有供電故障中占了相當(dāng)大的比重。如何快速、準(zhǔn)確地確定故障點位置和判斷出故障類型已成為電力電纜使用和運行過程中十分關(guān)鍵的技術(shù)之一。電力電纜故障探測技術(shù) 一、電纜故障的原因了解電纜故障的原因，對于減少電纜的損壞，快速地判定出

3、故障點是十分重要的。電纜故障的原因大致可歸納為以下幾類：（1）機械損傷機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。有些機械損傷很輕微，當(dāng)時并沒有造成故障，但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成故障。造成電纜機械損傷的主要有以下幾種原因：1.1安裝時損傷：在安裝時不小心碰傷電纜，機械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜；1.2直接受外力損壞：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進(jìn)行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷；1.3行駛車輛的震動或沖擊性負(fù)荷會造成地下電纜的鉛(鋁)包裂損；1.4因自然現(xiàn)象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內(nèi)絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護(hù)套；因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜

4、外皮擦傷；因土地沉降引起過大拉力，拉斷中間接頭或?qū)w。（2）絕緣受潮絕緣受潮后引起故障。造成電纜受潮的主要原因有：2.1因接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)不密封或安裝不良而導(dǎo)致進(jìn)水；2.2電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫；2.3金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔；（3）絕緣老化變質(zhì)電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣；絕緣中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解，造成絕緣下降。過熱會引起絕緣老化變質(zhì)。電纜內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱，使絕緣碳化。電纜過負(fù)荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、穿在干燥管中

5、的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等都會因本身過熱而使絕緣加速損壞。（4）過電壓大氣與內(nèi)部過電壓作用，使電纜絕緣擊穿，形成故障，擊穿點一般是存在缺陷。（5）設(shè)計和制作工藝不良中間接頭和終端頭的防水、電場分布設(shè)計不周密，材料選用不當(dāng)，工藝不良、不按規(guī)程要求制作會造成電纜頭故障。（6）材料缺陷材料缺陷主要表現(xiàn)在三個方面。一是電纜制造的問題，鉛（鋁）護(hù)層留下的缺陷；在包纏絕緣過程中，紙絕緣上出現(xiàn)褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷；二是電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件有砂眼，瓷件的機械強度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時不密封等；三是對絕緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。（7）護(hù)層的腐蝕

6、7.1由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受腐蝕出現(xiàn)麻點、開裂或穿孔，造成故障。7.2電纜的絕緣物流失油浸紙絕緣電纜敷設(shè)時地溝凸凹不平，或處在電桿上的戶外頭，由于起伏、高低落差懸殊，高處的絕緣油流向低處而使高處電纜絕緣性能下降，導(dǎo)致故障發(fā)生。二、電纜故障的性質(zhì)與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，不能承受正常運行電壓。實際的故障組合形式是很多的，幾種可能性較大的故障形式是：一相對地、兩相對地和一相斷線并接地。電纜故障定義為：無損壞故障、開路故

7、障、短路故障。而電纜故障分為:開路故障、低阻故障和高阻故障三種類型。下面對這一分類法作一簡單介紹。（1）開路故障。若電纜相間或相對地絕緣電阻達(dá)到所要求的規(guī)范值，但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端；或雖終端有電壓，但負(fù)載能力較差。當(dāng)絕緣電阻=，即為斷線故障。（2）低阻故障。電纜相間或相對地絕緣受損，其絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測量的一類故障。當(dāng)絕緣電阻<10k時，為短路故障。（3）高阻故障。電纜相間或相對地絕緣損壞，其絕緣電阻較大，當(dāng)絕緣電阻>100k，不能用低壓脈沖法測量的一類故障，它是相對于低阻故障而言的。包括泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障二種類型。這樣分類的目的也是為了選擇測試方法的方便

8、，根據(jù)目前流行的故障測距技術(shù)，開路與低阻故障可用低壓脈沖反射法，高阻故障要用沖擊閃絡(luò)法，而閃絡(luò)性故障可用直流閃絡(luò)法測試。三、電纜故障探測的步驟電纜故障的探測一般要經(jīng)過診斷、測距、定點三個步驟。電纜故障性質(zhì)的診斷，即確定故障的類型與嚴(yán)重程度，以便于測試人員對癥下藥，選擇適當(dāng)?shù)碾娎|故障測距與定點方法。電纜故障測距又叫粗測，在電纜的一端使用儀器確定故障距離。電纜故障定點又叫精測，即按照故障測距結(jié)果，根據(jù)電纜的路徑走向，找出故障點的大體方位來，在一個很小的范圍內(nèi)，利用放電聲測法或其它方法確定故障點的準(zhǔn)確位置。(1）電纜故障性質(zhì)的診斷所謂診斷電纜故障的性質(zhì)，就是指確定：故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是

9、封閉性故障；是接地、短路、斷線，還是它們的混合；是單相、兩相，還是三相故障?？梢愿鶕?jù)故障發(fā)生時出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判斷故障的性質(zhì)。例如，運行中的電纜發(fā)生故障時，若只是給了接地信號，則有可能是單相接地的故障。繼電保護(hù)過流繼電器動作，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，則此時可能發(fā)生了電纜兩相或三相短路或接地故障，或者是發(fā)生了短路與接地混合故障。發(fā)生這些故障時，短路或接地電流燒斷電纜將形成斷線故障。但通過上述判斷不能完全將故障的性質(zhì)確定下來，還必須測量絕緣電阻和進(jìn)行“導(dǎo)通試驗”。測量絕緣電阻時，使用兆歐表(1千伏以下的電纜，用1000伏的兆歐表；1千伏以上的電纜，用2500伏的兆歐表)來測量電纜線芯之間和線芯對地的絕緣電阻

10、；進(jìn)行“導(dǎo)通試驗”時，將電纜的末端三相短接，用萬用表在電纜的首端測量芯線之間的電阻。(2)電纜故障測距長期以來，涌現(xiàn)出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優(yōu)缺點，這里就故障測距與定點儀器簡單地做一下評價和比較。2.1故障測距2.1.1電橋法電橋法是一種經(jīng)典測試方法。電橋法優(yōu)點是簡單、方便、精確度高，但它的重要缺點是不適用于高阻與閃絡(luò)性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障。在用電橋法測量故障距離之前，需用高壓設(shè)備將故障點燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進(jìn)行測量的范圍，而故障點燒穿是件十分困

11、難的工作，往往要花費數(shù)小時，甚至幾天的時間，十分不方便，有時會出現(xiàn)故障點燒斷，故障電阻反而升高的現(xiàn)象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至不能用放電聲測法進(jìn)行最后定點。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始技術(shù)資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時，還要進(jìn)行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障?，F(xiàn)在現(xiàn)場上電橋法用的越來越少了，不過一些測試人員，尤其是老的測試人員，仍然習(xí)慣于使用該方法。特別是對一些特殊的故障沒有明顯的低壓脈沖反射，但又不容易用高壓擊穿，如故障電阻不是太高的話，使用電橋法往往可以解決問題。2.2低壓脈沖反射法低壓脈沖反射法，又叫雷達(dá)法，低壓脈沖反射

12、法用于測量電纜的低阻、短路與斷路故障。它通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差測距。低壓脈沖反射法的優(yōu)點是簡單、直觀、不需要知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始技術(shù)資料。根據(jù)脈沖反射波形還可以容易地識別電纜接頭與分支點的位置。低壓脈沖反射法的缺點是不能適用于測量高阻與閃絡(luò)性故障。低壓脈沖反射法工作原理：測試時向電纜注入一低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測量點被儀器記錄下來，通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質(zhì)。斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同，而短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。2.3脈沖電壓法脈沖電壓法，又稱閃測法，是六十年代發(fā)展

13、起來的一種高阻與閃絡(luò)性故障測試方法。首先使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下?lián)舸?，然后，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間測距。脈沖電壓法的一個重要優(yōu)點是不必將高阻與閃絡(luò)性故障燒穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術(shù)的重大進(jìn)步。脈沖電壓法的缺點如下：2.3.1安全性差，儀器通過一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號串入，造成儀器損壞。2.3.2在利用閃測法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態(tài)，需要串一電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號，增加了接線的復(fù)雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜

14、上的電壓，使故障點不容易擊穿。2.3.3在故障放電時，特別是進(jìn)行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。2.4脈沖電流法脈沖電流法是八十年代初發(fā)展起來的一種測試方法，以安全、可靠、接線簡單等優(yōu)點顯示了強大的生命力。脈沖電流法與脈沖電壓法的區(qū)別在于：前者通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產(chǎn)生的電流脈沖信號，成功地實現(xiàn)了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯(lián)電阻與電感，簡化了接線，傳感器耦合出的脈沖電流波形亦比較容易分辨。脈沖電流分直流高壓閃絡(luò)與沖擊高壓閃絡(luò)兩種測試方法。 直流高壓閃絡(luò)測試法的應(yīng)用范圍：直流高壓閃絡(luò)測試法用于測量閃絡(luò)擊穿性故障，即故障點電阻極高，在用高

15、壓試驗設(shè)備把電壓升到一定值時就產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿的故障。據(jù)統(tǒng)計，能用直閃法測量的電纜故障，約占電纜故障總數(shù)的20%，在預(yù)防性試驗中出現(xiàn)的電纜故障多屬于該類故障。直流高壓閃絡(luò)測試法獲得的波形簡單、容易理解。而一些故障點在幾次閃絡(luò)放電之后，往往造成故障點電阻下降，以致不能再用直閃法測試，故實際工作中應(yīng)珍惜能夠進(jìn)行直流高壓閃絡(luò)測試法測試的機會。沖擊高壓閃絡(luò)測試法的應(yīng)用范圍：在故障點電阻不很高時，因直流泄漏電流較大，電壓幾乎全降到了高壓試驗設(shè)備的內(nèi)阻上去了，電纜上電壓很小，故障點形不成閃絡(luò)，必須使用沖擊高壓閃絡(luò)測試法。沖擊高壓閃絡(luò)測試法亦適用于測試大部分閃絡(luò)性故障，當(dāng)然，由于直流高壓閃絡(luò)測試法波形相對簡單，

16、容易獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，應(yīng)盡量使用直流高壓閃絡(luò)測試法測試。2.5對測距方法與儀器選擇的建議目前，普遍采用行波測距法。低阻與斷路故障采用低壓脈沖反射法，它比電橋法簡單直接；測量高阻與閃絡(luò)性故障采用脈沖電流法；兩者都是通過脈沖信號在故障點與測量點之間往返一次時間測距，但前者是主動向電纜發(fā)射探測電壓脈沖，后者是被動記錄故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖電流信號；信號的記錄與處理顯示可由同一個電路完成，故可方便地使儀器同時實現(xiàn)兩個功能。(3)電纜故障定點電纜故障的精確定點是故障探測的關(guān)鍵。目前，比較常用的方法是沖擊放電聲測法及主要用于低阻故障定點的音頻感應(yīng)法。實際應(yīng)用中，往往因電纜故障點環(huán)境困素復(fù)雜，如振動噪聲過大

17、、電纜埋設(shè)深度過深等，造成定點困難，成為快速找到故障點的主要矛盾。電纜故障精確定點的方法。3.1聲測定點法3.1.1 聲測法應(yīng)用范圍：聲測法是電纜故障主要的定點方法，主要用于測量高阻與閃絡(luò)性故障，對于低阻故障（金屬性短路除外），也可使用該方法。3.1.2聲測定點主要是利用故障點的放電聲音定點，使用可調(diào)壓的高壓設(shè)備，使故障點擊穿放電，故障間隙放電時產(chǎn)生的機械振動，傳到地面，便聽到“啪、啪”的聲音，利用這種現(xiàn)象可以十分準(zhǔn)確地對電纜故障進(jìn)行定點。對于電纜護(hù)層已被燒穿的故障，往往可在地面上用人耳直接聽到故障點放電聲。對于護(hù)層未燒穿的電纜故障或電纜埋設(shè)較深時，地面上能聽到的放電聲太小，則要使用耳機來監(jiān)聽

18、判斷進(jìn)行定點。3.2 音頻感應(yīng)法3.2.1音頻感應(yīng)法應(yīng)用范圍：音頻感應(yīng)法一般用于探測故障電阻小于10歐的低阻故障。在電纜接地電阻較低時，故障點放電聲音微弱，用聲測法進(jìn)行定點比較困難，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲音而無法定點。這時，便需要用音頻感應(yīng)法進(jìn)行特殊測量。用音頻感應(yīng)法對兩相短路并接地故障，以及三相短路或三相短路并接地故障進(jìn)行測試，都能獲得滿意的效果，一般測尋所得的故障點位置之絕對誤差為12米。其它類型故障，如一相或兩相斷線、單相接地等故障位置，若采用特殊探頭，也能用音頻感應(yīng)法準(zhǔn)確地測出來。3.2.2定音頻感應(yīng)法點的基本原理：音頻感應(yīng)法定點的基本原理，與用音頻感應(yīng)法探測埋地電纜

19、路徑的原理一樣。探測時，用1千赫的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波；然后，在地面上用探頭沿被測電纜路徑接收電磁場信號，并將之送入放大器進(jìn)行放大；而后，再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表指示值的大小而定出故障點的位置。3.3裸露電纜故障的特殊定點方法電纜溝和隧道中的電纜以及從地下挖出來的電纜等，都屬于裸露電纜。這些電纜發(fā)生故障時，有時用聲測法尋找故障點，耳機中聽不到放電聲（如故障電阻為零的金屬性接地故障）。在上述情況下，用特殊方法對電纜故障進(jìn)行定點比較簡單、直觀與方便。下面介紹幾種特殊的定點方法。3.3.1局部過熱法，在粗測故障點位置后，再向故障點施

20、加沖擊高壓或用直流高壓擊穿故障點，這樣，故障點處便通過一定的電流。因故障點處有一定的電阻，所以電流通過時便產(chǎn)生熱效應(yīng)。此時，用手觸摸故障電纜，過熱處即為故障點。用局部過熱法，可以較準(zhǔn)確地確定故障點的位置，特別適用于尋找在電纜或電纜頭上便于用手觸摸處的故障點。使用這種方法時，必須注意安全，因為測尋時故障電纜上加了高壓，故必須先去掉高壓并在此電纜的三相導(dǎo)體掛上地線，然后才可用手觸摸。3.3.2偏芯磁場法：偏芯磁場法適用于金屬性單相接地故障的定點。在故障相與地之間通入音頻電流，當(dāng)電流到達(dá)故障點后，流入鉛皮并繼而分兩路從兩個相反的方向同時向電纜的兩個終端流去，使全電纜線路都有音頻信號電流。在故障點以前，電纜周圍的磁場是由通電導(dǎo)體及金屬外皮的回路電流產(chǎn)生的，由于通電導(dǎo)體偏離電纜的中心軸線，故它所產(chǎn)生的磁場也是偏離電纜中心軸線，稱此磁場為偏芯磁場。使接收線圈圍繞電纜圓周表面旋轉(zhuǎn)一周，線圈中接收到的磁場信號將會有強弱的變化；而在故障點之后，只有