電力電纜故障判斷檢測(cè)技術(shù)與預(yù)防技術(shù)措施

1 傳統(tǒng)的電纜故障檢測(cè)方法

1.1 測(cè)量電阻電橋法

此方法幾十年來(lái)幾乎沒(méi)有什么變化。對(duì)于短路故障、低阻故障,此法測(cè)起來(lái)甚為方便。電橋法是利用電橋平衡時(shí),對(duì)應(yīng)橋臂電阻的乘積相等,而電纜的長(zhǎng)度和電阻成正比的原理進(jìn)行測(cè)試的。

1.2 低壓脈沖反射法

低壓脈沖法也稱(chēng)時(shí)域反射法(TDR),指脈沖反射儀在不通過(guò)高壓沖擊器的情況下,獨(dú)立測(cè)量電纜的低阻與斷路故障。

1.3 脈沖電壓取樣法

脈沖電壓取樣法又稱(chēng)沖擊高壓閃絡(luò)法,是一種用于測(cè)量高阻泄漏與閃絡(luò)性故障的測(cè)試方法。首先將電纜故障在直流或脈沖高壓信號(hào)下?lián)舸?然后通過(guò)記錄放電脈沖在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返一次所需的時(shí)間來(lái)測(cè)距。脈沖電壓法主要有直流高壓閃絡(luò)(直閃法)與沖擊高壓閃絡(luò)(沖閃法)兩種方法。

1.4 電纜故障定點(diǎn)的傳統(tǒng)方法

①聲測(cè)法

此方法是利用故障點(diǎn)在高壓沖擊時(shí)的擊穿放電聲音進(jìn)行精確的定位。

②聲磁同步法

在向電纜施加沖擊直流高壓使電纜故障點(diǎn)放電時(shí),會(huì)在電纜周?chē)a(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)。在聲測(cè)定點(diǎn)時(shí)接收到脈沖磁場(chǎng)信號(hào)即可認(rèn)為放電聲音是電纜故障點(diǎn)發(fā)出的。

③音頻感應(yīng)法

此法一般用于檢測(cè)低阻故障。其原理是:用1kHz的音頻信號(hào)發(fā)生器向待測(cè)電纜注入音頻電流,使電纜發(fā)出電磁波,在地面上接收電磁場(chǎng)信號(hào),并放大,再送入耳機(jī)或指示儀表,根據(jù)聲響強(qiáng)弱或指示儀表值的大小來(lái)確定故障點(diǎn)的位置。

在向電纜施加沖擊直流高壓使電纜故障點(diǎn)放電時(shí),會(huì)在電纜周?chē)a(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)。在聲測(cè)定點(diǎn)時(shí)接收到脈沖磁場(chǎng)信號(hào)即可認(rèn)為放電聲音是電纜故障點(diǎn)發(fā)出的。

③音頻感應(yīng)法

此法一般用于檢測(cè)低阻故障。其原理是:用1kHz的音頻信號(hào)發(fā)生器向待測(cè)電纜注入音頻電流,使電纜發(fā)出電磁波,在地面上接收電磁場(chǎng)信號(hào),并放大,再送入耳機(jī)或指示儀表,根據(jù)聲響強(qiáng)弱或指示儀表值的大小來(lái)確定故障點(diǎn)的位置。

2 目前電纜故障檢測(cè)的新方法

2.1 電纜故障測(cè)距的方法

①實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)就是一個(gè)具有智能特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)程序,它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類(lèi)專(zhuān)家思維來(lái)求解復(fù)雜問(wèn)題。因此,專(zhuān)家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R(shí),擁有類(lèi)似人類(lèi)專(zhuān)家思維的推理能力,并能用這些知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

②利用因果網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)故障定位。

因果網(wǎng)絡(luò)中有4類(lèi)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、征兆、假設(shè)、起始原因。狀態(tài)節(jié)點(diǎn)是表達(dá)領(lǐng)域中某部分或某功能的狀態(tài),如斷路器跳閘;征兆節(jié)點(diǎn)是表達(dá)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的征兆,如斷路器跳閘的征兆是保護(hù)動(dòng)作:假設(shè)節(jié)點(diǎn)是表達(dá)研究系統(tǒng)的診斷假設(shè),如發(fā)生線路故障的假設(shè);起始原因節(jié)點(diǎn)是表達(dá)引起故障的最初原因。各類(lèi)節(jié)點(diǎn)之間可形成對(duì)應(yīng)的基本關(guān)系。

③小波變換應(yīng)用在電纜故障測(cè)距中

小波分析是幾個(gè)學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)晶,這幾個(gè)學(xué)科是數(shù)學(xué)、信號(hào)處理以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)。小波分析在數(shù)學(xué)上是用小波的原型函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其中原型函數(shù)可以看成是帶通濾波器,因此小波分析也可以通過(guò)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn),其關(guān)鍵是尋求具有恒定相對(duì)帶寬的濾波器組,而這正是信號(hào)處理中濾波器組理論的核心內(nèi)容。

2.2 電纜故障定點(diǎn)的新方法

①人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計(jì)算系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)神經(jīng)元,經(jīng)可以記憶(存儲(chǔ))、處理一定的信息,并與其他結(jié)點(diǎn)并行工作。求解一個(gè)問(wèn)題是向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)點(diǎn)輸入信息,各結(jié)點(diǎn)處理后向其它結(jié)點(diǎn)輸出,其它結(jié)點(diǎn)接受并處理后再輸出,直到整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)工作完畢,輸出最后結(jié)果。

②GPS(全球定位系統(tǒng))行波故障定位

傳統(tǒng)的高壓輸電線路故障定位主要基于阻抗算法,這種算法對(duì)于高阻接地、多端電源線路、直流輸電線路等情況存在明顯的不適應(yīng),通常在實(shí)用中其故障定位精度3%～5%,這對(duì)于長(zhǎng)線路(>100km)難以滿足尋線要求。

③分布式光纖溫度傳感器(FODT)

光纖傳感的基本原理是,當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí),光的特性(如振幅,相位,偏振態(tài)等)將隨檢測(cè)對(duì)象的變化而變化。

因此,光從光纖中射出時(shí),光的特性己得到了調(diào)制。通過(guò)對(duì)調(diào)制光的檢測(cè),便能感知外界的信息。

3電纜故障檢測(cè)實(shí)例

3.1現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)跳閘、接地短路故障處理通過(guò)測(cè)量電纜對(duì)地絕緣電阻為5kΩ。用電纜故障檢測(cè)儀采集的波形如圖1所示。

由圖1可知,此處電源進(jìn)線電纜全長(zhǎng)1138m,高壓脈沖測(cè)試波形顯示故障點(diǎn)在距配電端323m處,粗測(cè)距離后,用定點(diǎn)儀精確定位,果然在附近找到故障點(diǎn)。原因是,距此處5m有一污水井,故障點(diǎn)絕緣損壞進(jìn)水造成短路并斷線。

3.2 高阻故障的處理

有一根全長(zhǎng)為120m的電纜,判斷為高阻故障,高壓脈沖采集波形顯示故障點(diǎn)在80m處,經(jīng)過(guò)處理分析原來(lái)是電纜被支架碰破外皮,溝內(nèi)潮濕,長(zhǎng)時(shí)間后造成絕緣破壞,短路接地放電。

3.3 電纜存在兩個(gè)故障點(diǎn)的故障處理

某大樓電源進(jìn)線為低壓聚氯乙烯電纜,全長(zhǎng)130m多,故障相對(duì)地絕緣電阻為80Ω,用低壓脈沖采集波形后,分析波形在距始端較近處。用高壓脈沖測(cè)試,波形不理想,不能斷定其具體位置。

探明路徑后,用定點(diǎn)儀循路徑檢測(cè),在距始端30m處,聲測(cè)法聽(tīng)到較強(qiáng)的放電聲,挖開(kāi)后電纜外皮及鋼甲在此處銹蝕斷裂,但主絕緣未遭破壞,處理好鋼甲后,電纜絕緣仍很低,隨后繼續(xù)查找,用定點(diǎn)儀在距鋼甲斷裂5m處聽(tīng)到較弱的放電聲,挖開(kāi)電纜,發(fā)現(xiàn)三相已斷開(kāi),短路接地。象這種有兩個(gè)以上的故障點(diǎn)的電纜查找起來(lái)比較麻煩。

3.4 故障點(diǎn)放電不充分事故的處理

有的電纜在用低壓脈沖定點(diǎn)后,用高壓脈沖法在故障點(diǎn)周?chē)鷧s聽(tīng)不到放電聲,如某分廠的電源電纜,相間絕緣電阻都為零,相對(duì)地47Ω,屬三相短路并接地。用低壓脈沖法測(cè)故障在276m處,但聲測(cè)法卻聽(tīng)不到,這種情況應(yīng)該用音頻電流感應(yīng)法,即在另端用路徑儀發(fā)生音頻振蕩信號(hào),用接收器耳機(jī)來(lái)接收音頻信號(hào),在距發(fā)射端57m處音頻信號(hào)中斷,和用低壓脈沖法在另端測(cè)試的276m距離基本吻合。

挖開(kāi)地面后,發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)就在此處,電纜被一蒸氣管道井的漏蒸氣長(zhǎng)期高溫熏烤而致絕緣損壞。這種情況不能采用聲測(cè)法的原因是故障點(diǎn)大面積受潮或故障點(diǎn)大面積放電,由于放電爬距過(guò)長(zhǎng),能量不集中,電弧不足以使故障點(diǎn)形成瞬間短路導(dǎo)致的,這是故障點(diǎn)放電不充分的表現(xiàn)。

4 預(yù)防電纜故障的技術(shù)措施

4.1 選擇合適的電纜類(lèi)型

油紙絕緣電纜的制造技術(shù)比較成熟,成本低,工作壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,但絕緣油容易流淌,在高落差敷設(shè)時(shí),絕緣內(nèi)的絕緣油由高處流向低處,使高處的電纜絕緣干枯,造成絕緣強(qiáng)度降低,低處由于油壓增

加,發(fā)生鉛包龜裂從而引起故障。

而交聯(lián)聚乙烯電纜不僅允許溫升比油紙絕緣電纜的高,其工作允許場(chǎng)強(qiáng)也比油紙絕緣電纜的高,而且其敷設(shè)不受高落差限制,相同截面的電纜,交聯(lián)聚乙烯電纜要比油紙絕緣電纜的允許長(zhǎng)期載流量高出一檔,目前我公司已將大部分油紙絕緣電纜更換為交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜,既解決了高落差引發(fā)的故障,又?jǐn)U大了電纜的輸送容量。

4.2 改進(jìn)電纜終端制作工藝

早期油紙電纜終端大多數(shù)使用鑄鐵電纜終端,這種電纜終端經(jīng)常容易漏油損壞,而環(huán)氧樹(shù)脂電纜終端具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度、吸水率低、化學(xué)性能穩(wěn)定、與金屬粘結(jié)力強(qiáng)、密封性能好,采用這種電纜終端,基本上可解決電纜漏油等問(wèn)題,提高電纜的絕緣性能。

4.3 選擇電纜通道應(yīng)避免因腐蝕引起電纜故障

電纜的周?chē)h(huán)境不良,附近土壤中含有酸、堿溶液,氯化物等化學(xué)物質(zhì),會(huì)使電纜受到腐蝕,鄰近化工廠地區(qū)因地下水的污染,也會(huì)使電纜產(chǎn)生化學(xué)腐蝕,所以在選擇電纜通道時(shí),應(yīng)詳細(xì)調(diào)查或詢問(wèn)有關(guān)的地質(zhì)污染情況,特別在化工區(qū),電纜通道選擇應(yīng)慎重并采取有效的防污染措施。

4.4 監(jiān)視負(fù)荷電流,預(yù)防過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生絕緣擊穿

電力電纜運(yùn)行規(guī)程規(guī)定:電纜線路原則上不允許過(guò)負(fù)荷運(yùn)行、超負(fù)荷運(yùn)行,由于電纜溫升的增加,加快了電纜絕緣的老化,使電纜的壽命大大降低,運(yùn)行中使電纜絕緣薄弱處,比如接頭,發(fā)生擊穿事故。

所以根據(jù)電纜敷設(shè)方式、運(yùn)行條件、環(huán)境溫度、并列條數(shù)對(duì)電纜的長(zhǎng)期允許載流量進(jìn)行校核并作出規(guī)定,運(yùn)行中依據(jù)所定的規(guī)定值對(duì)電纜載流量進(jìn)行測(cè)量監(jiān)視,在負(fù)荷高峰期應(yīng)用紅外線測(cè)溫儀對(duì)電纜的節(jié)點(diǎn)測(cè)溫,防止電纜溫度過(guò)高、過(guò)熱,及時(shí)掌握電纜的運(yùn)行情況,以避免發(fā)生電纜長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行造成的電纜故障。

4.5 電壓及負(fù)荷檢測(cè)

為防止絕緣老化,線路電壓一般不應(yīng)比電纜額定電壓高出15%。經(jīng)常測(cè)量和監(jiān)視電纜的負(fù)荷情況,保持電纜線路在規(guī)定的允許持續(xù)載流量下運(yùn)行,一旦發(fā)生電纜線路過(guò)負(fù)荷的現(xiàn)象,應(yīng)立即與相關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)制定有效方案。

5 結(jié)論

在實(shí)際工作中,電纜的故障類(lèi)型和故障原因是多種多樣的,電纜故障產(chǎn)生的根源一般是積患已久和管理不善,所以,只要提高相關(guān)人員的主觀認(rèn)識(shí),采取得力措施,精心維護(hù),積極預(yù)防,電纜事故是可以減少甚至杜絕的。