2012年11月内蒙古科技与经济N ov ember 2012 第21期总第271期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .21T o tal N o .27110kV 电力电缆故障测试技术浅析宋安海(内蒙古集通铁路集团有限责任公司大板水电段,内蒙古赤峰 025150) 摘 要:针对铁路10kV 自闭/贯通线路中的运行电缆数量急剧增加,相应的电缆故障大大增多的情况,对铁路10kV 电力电缆故障测试技术作了一定的研究和探索。
通过分析电力电缆故障类型、产生原因,给出了解决不同故障类型所应实施的测试手段,结合实例来详细讲解相关技术在实际问题中的应用。
关键词:脉冲;波形;低阻故障;泄漏性高阻;闪络性高阻;电力;电缆 中图分类号:T M 247 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)21—0098—03 随着电力电缆在各行各业的大量使用,电缆故障率明显提高,如何在很短的时间里快速、准确的寻测出故障点是一个非常棘手的问题,尤其是对重要的线路或用户,长期停电将造成重大隐患或损失。
因而尽快确定故障位置,恢复正常供电往往成为一项十分紧迫的任务。
电缆故障寻测包括两大步骤:粗测和精测。
粗测的方法很多,主要有电桥法、低压脉冲法、高压闪络测量法等,测量出故障点的大概范围。
精测主要是查找清楚电缆的路径和埋深,进而找出故障点的精确位置。
在实际测试中,因时间、人员、经验等因素,往往是心急而方法欠妥。
因此,正确的测试应该着重解决好以下几点,才能做到有条不紊,达到事半功倍的效果。
1 电力电缆故障产生的原因及类型1.1 产生原因1.1.1 电缆本体质量。
随着电力系统对电缆的应用日趋广泛,电缆的生产厂家急剧增多,市场的竞争日趋激烈。
市场竞争的激烈,带来的直接后果是电缆质量下降,如线芯偏移,半导层不均匀等,从而引发电缆的平均故障率要高得多。
1.1.2 外力破坏。
由于电缆不同于架空线路是可见的,地下埋设的电缆经常可能被各种施工或其他情况所意外伤害,这种情况一般会造成电缆保护层损伤、进水绝缘受潮、绝缘介质老化造成电缆故障,更严重者直接损坏电缆造成电缆线芯接地。
1.1.3 施工工艺。
电力电缆施工敷设及电缆附件的制作工艺对电缆的长、短期运行安全有很大的联系。
电缆的扭曲、打折,电缆头密封不严进水、屏蔽不完整等原因都会造成电缆寿命的降低。
1.2 电力电缆故障的类型电力电缆故障可分为两大类型: 电缆导体损伤产生的故障,一般表现为开路或断线故障; 相间或相对地之间绝缘介质损伤产生的故障,这类故障一般表现为低阻、泄露性高阻、闪络性高阻等4种情况,具体定义如下。
1.2.1 开路故障。
如果电缆绝缘正常,但却不能正常输送电能的一类故障可认为是开路故障,如芯线似断非断、芯线某一处存在较大的线电阻及断芯等情况。
一般单纯性开路故障很少见到,多数表现为低阻或高阻故障并存。
1.2.2 低阻故障。
如果电缆绝缘介质损伤,并能用“低压脉冲法”测试的一类相间或相对地故障称为低阻故障。
判断低阻故障的标准不能单以故障点的阻值大小来定论。
低阻故障一般与测试仪器的灵敏度、测试仪器与被测电缆的匹配状况、被测电缆的型号(或衰减状况)、故障点发生的部位以及电缆故障点到测试端的距离等因素有关。
1.2.3 泄露性高阻故障。
电缆绝缘介质损坏并已形成固定泄漏通道的一类相间或相对地故障。
表现为电缆做预防性试验时其泄露电流值随所加的直流电压的升高而连续增大,并大大超过被测电缆本身所要求的规范值,这种类型的故障称为泄露性高阻故障。
1.2.4 闪络性高阻故障。
未形成固定泄漏通道的一类相间或相对地故障。
电缆的预试电压加到某一数值时,电缆的泄露电流值突然增大,其值大大超过被测电缆所要求的规范值,这种类型的故障称为闪络性故障。
2 电缆故障的测试原理、性质判别及测试方法2.1 电缆故障测试是根据微波传输线的电波反射现象实现对电缆故障的粗测对于低阻和开路故障,由智能闪测仪本身产生并发射给故障电缆一个脉冲信号,电缆中传输的电脉冲遇到故障点或电缆异常处后,产生一个反射脉冲沿原电缆路径回到发射端,应用路程公式S =vt 可得:S=1/2v t (1)其中:S ——故障点到测试端的距离v ——电信号在电缆中的传输速度,只与电缆的绝缘介质有关;与电缆导体材料无关,是一个常数。
如油浸纸电缆v ≈160m / s;交联聚乙烯电缆v ≈170m/ s 。
・98・收稿日期:2012-07-17作者简介:宋安海(1968-),男,工程师,1992年毕业于哈尔滨电工学院电气工程专业,现就职于内蒙古集通铁路集团有限责任公司大板水电段,职务:副段长。
宋安海・10kV 电力电缆故障测试技术浅析2012年第21期 t ——电信号从测试端发出,到故障点再返回到发送端所需时间。
因此,只要测算出时间t 就可知道故障点到测试端的距离。
对于高阻故障,智能闪测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。
测算两次回波信号的时间差,应用公式(1)可计算出故障点到测试端的距离。
2.2 电缆故障的判断判断电缆故障类型一般有以下方法: 通过M 表判断; 通过万用表判断; 通过电缆直流耐压试验判断。
各类电缆故障类型确认方法故障类型测 试 方 法开路故障通过用脉冲法测量分别在电缆两端测各相长度并与电缆档案资料比较来判断电缆是否存在开路故障低阻故障最好的判别方法是用脉冲法测量相间或相对地的波形,若有与发射波反极性波形,可判断电缆有低阻故障(接头反射波小于低阻反射波),低阻故障一般小于几k泄漏性高阻故障1.如用M 表测得相间或相对地电阻远小于电缆正常绝缘电阻(一般在数k 至几十M )可判断为电缆有泄漏性高阻故障。
2.直流耐压试验时,泄漏电流随试验电压的升高连续增大,并远大于允许泄漏值闪络性高阻故障直流耐压试验时,当试验电压大于某一值时,泄漏电流突然增大,当试验电压下降后,泄漏电流又恢复正常,可判断为电缆有闪络性高阻故障。
2.3 电缆故障的测试方法2.3.1 脉冲法。
依据微波传输理论(雷达原理),在电缆故障相上加一脉冲信号,当电波传输到故障点时必然有部分反射回来,通过分析入射波与反射波的时间差,计算出故障点的距离。
由于输出的信号电压低(通常为150V )很安全,因此,被称作低压脉冲法。
此方法可用来测量电缆的低阻故障、开路故障以及电缆长度测试,接线图(见图1所示)。
图1 低压脉冲法接线注意事项: 电缆只有在充分放电后,才能使用脉冲法进行测量; 开路、全长反射波与起始波同极性。
当低阻短路故障时,波形中不出现全长反射波; 电缆的中间接头的反射波一般与发射波同极性,偶尔也出现负性,脉冲幅度要比故障点或电缆终端的反射脉冲幅度小;T 型接头反射波与发射波反极性,且幅度较大; 看“脉冲法”测试波形时,应抓住3要素:极性、幅度、拐点。
2.3.2 冲闪法(高压脉冲法)。
在高压的作用下使电缆故障点击穿形成闪络放电,使高阻故障转化为瞬间短路故障并产生反射法。
采集反射波进行分析,计算出故障点的距离。
闪络法又分为冲闪和直闪两种,若高电压是通过球间隙施加至电缆故障相,且3s ～5s 冲击一次则称作高压冲闪法。
若直接将高电压施加到电缆故障相直至击穿则称作高压直闪法。
此方法主要用来测量泄漏性高阻故障,也可用来测量其他类型故障,接线示意图(如图2所示)。
注意事项: 球隙间距应由小到大调节,升压速度应由小到大,逐渐升高。
电缆所加的冲击电压大小应以故障点能充分闪络放电,仪器能记录到理想的冲闪波形为好,切勿一开始就将球隙调得很大。
若故障点放电困难,应尽可能地加大(并联)贮能电容容量或提高冲击电压(增大球隙间距),但是,切勿一直加压冲闪。
2.3.3 直闪法。
此方法主要用来测量闪络性高阻故障。
注意事项:直闪法注意事项与冲闪法基本相同,在使用直闪法时,故障电缆可能在直流高压的作用・99・ 总第271期 内蒙古科技与经济下,故障性质由闪络性高阻故障转变为泄露性高阻故障或是低阻故障,测试人员应根据现场情况随时改变测试方法。
3 电缆故障定位及误差分析3.1 确定地埋电缆的走向及埋设深度电缆运行管理单位应有完整电缆档案,对于电缆走向及埋设深度等情况有完整记录,如缺失,应用相关仪器先行测量,电缆路径接线见图3所示。
3.2 故障定位在测试波形所得故障点附近,在电缆路径正上方沿电缆路径向测试端进行定位(见图4所示)。
图4 故障定位接线注意事项。
使用冲闪法测量低阻故障时,由于故障点阻值已经很低,所以,所加直流高压也很低,放电声音有可能十分小,测试人员应注意。
电缆放电时间应尽可能缩短,以防在长时间高直流电压的冲击下,电缆发生其他故障,并有可能导致电缆毁坏。
对于电缆穿管情况,电缆放电声在套管两端的声音会较大,测试人员应注意区分。
对于一部分穿管电缆放电声太小和电缆在电缆沟中的情况,测试人员应配合使用声磁同步法进行定位。
误差分析。
在实际测量中,故障点与测量所得位置有一定的误差,而这些误差主要来于以下几个方面: 仪器本身所产生的测试误差。
测试仪器的灵敏度、测试仪器与被测电缆的匹配状况等问题都会造成测量数据的误差。
由它产生的误差很小,一般可忽略不计。
测试波形读数误差。
当故障点距测试端较近时,测试波形反射比较密集,严重畸变,相对误差较大;当故障点距测试端较远时,测试波形拐点比较圆滑或不明显,要准确地读数比较困难。
在分析故障电缆所得波形时,游标每移动一个单位,实际距离会变化4m ～5m 。
因波形判读不准确可能会引起较大的误差。
此时应注意仪器的使用技巧,多积累相关经验,在得出测试波形后与标准波形和以往的测试波形相比较,并且用故障相波形与好相波形相比较,最终得出正确的结果。
丈量误差。
用智能闪测仪测试电缆故障时,得到的距离数字是电缆故障点到测试端的实际电缆长度,而丈量时对电缆的余留、拐曲和盘圈等因素很难估算,因此丈量误差是整个测试过程中引起误差的主要因素。
这就要求电缆运行管理单位应尽量完善电缆台账,使测试人员能够完全了解电缆的相关资料,在丈量中能够正确估算电缆长度。
例如,7月份某单位电缆故障,测试故障点距始端80m ,但是测量地表距离时,远远少于这个距离,最后在距始端约60m 处找到故障点。
原因在于该电缆在敷设过程当中有多处盘圈,并由于电缆档案的缺失,造成实际测试误差较大。
4 测试实例2005年6月23日,10kV 长庆生活区分线箱至10kV 水煤生活分线箱电缆故障。
采用高压冲闪测试波形(如图5所示)。
图5 测试波形电缆介质:交联聚乙烯传播速度:170M /U S 工作电压:10kV 电缆全长:210m 测试全长:212m 故障距离:156m测试过程如下: 隔离故障电缆两端带电设备; 用摇表对故障电缆三相分别测量,测量结果为C 相接地,相间正常; 用万用表对故障电缆进行测量阻值,测量C 相对地电阻为10M ,确定C 相为泄露性高阻故障; 用电缆智能闪测仪通过脉冲法测量电缆全长,得到结果为212m,该电缆档案数据为210m ,基本符合,排除断线故障可能; 确定故障测试方法:冲闪法; 将高压信号发生器PT ,贮能电容,球隙等设备按照要求连接好,开始加直流高压; 待故障点放电后接入智能闪测仪,读取波形,初步确定故障点在距离始端156m ; 查询电缆档案,自测试端沿电缆路径量至156m 处,为消除丈量误差,向测试端进行定位,在149m 处听到故障点放电声,确定故障点。