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电力电缆故障分析与测试

随 着社会的不断发展和进步,电力几乎渗透到了社会生活的各个方面,电力输送也成为关键性的问题。目前,按照电网的结构来分,电网可分为架空电网和电缆电网。 虽然架空电网比较经济,而且容易发现故障便于维修,但它要占用较大的空间,又因其运行情况受自然条件的影响较为明显,安全性也受到一定的限制。从设计和运 行的角度综合考虑,电力的输送绝大部分都采用电缆电网的直埋式输送方式。采用电力电缆直埋式输送有许多优点,诸如占用空间小,受自然条件的影响小,相对来 讲比较安全等。但是,这样一来电力电缆故障的测试与处理就成了我们急需解决的问题。 
电力电缆故障的测试技术已经历了一个很长的时期。对于测试电力电缆的接地故障及断路故障,可以有许多方法,如电阻电桥法、电容电桥法、烧穿法、高压电桥法 以及驻波法等。但是这些方法使用起来往往需要较长的时间和更多的设备,一旦测量精确度不高,误差就会较大。如果采用低压脉冲法或高压直流闪络法,基本上就 可以解决电力电缆的容易发生的常见故障,这两种方法的共同特点都是大大缩短了电力电缆故障测试时间,并且测量精确度高。如果选用液晶数字显示装置,会使得 测试操作更为简便准确,能取得较好的经济效益。

1 电力电缆故障性质的分析

  电力电缆发生故障是由于故障点的绝缘损坏而引起的。一般故障的类型大体上可分为低阻(短路)故障和断路故障,高阻泄漏故障和闪络性故障两大类。

1.1 低阻故障和开路故障
(1)凡是电力电缆故障点的绝缘电阻下降到该电力电缆的特性阻抗值,甚至直流电阻为零时的故障均称为低阻故障或短路故障(注:这个定义是从采用脉冲反射法 的角度,考虑到波阻抗不同对反射脉冲的极性变化的影响规定的,对于电桥法则不用此定义。这里给出了一个电力电缆特性阻抗的参考值:铝芯240mm2截面积 的电力电缆特性阻抗为10Ω); 
(2)凡是电力电缆的绝缘电阻为无穷大或绝缘电阻值虽与正常电力电缆的绝缘电阻值相同,但电压却不能馈至电力用户端的故障均称为开路(断路)故障。

1.2 高阻故障
电力电缆故障点的直流电阻大于该电力电缆的特性阻抗的故障均称为高阻故障。

1.2.1 高阻泄漏故障
在做电力电缆高压绝缘试验时,泄漏电流随着试验电压的升高而增大,在试验电压升高到额定电压时(有时还升不到额定电压值),泄漏电流就超过了允许值,就会发生故障。这种故障称为高阻泄漏故障。

1.2.2 闪络性故障
试验电压升高到某个数值时,监视泄漏电流的电流表的指示值突然升高,且表针呈闪络性摆动。当试验电压稍有下降时,此现象就消失,但电力电缆仍然有极高的绝 缘电阻值。这表明电力电缆存在有故障,而这种电力电缆的故障点没有形成电阻通路,只有放电间隙或闪络表面的故障,便称这种故障为闪络性故障。

2 电力电缆故障发生的原因

  电力电缆故障发生的原因是多方面的,常见的电力电缆故障发生的原因主要有以下几种: 
(1)机械损伤;
(2)电力电缆外皮的电腐蚀;
(3)化学腐蚀;
(4)地面下沉;
(5)电力电缆绝缘物的流失;
(6)长期的过负荷运行;
(7)震动破坏;
(8)拙劣的技工工艺;
(9)在潮湿的气候条件下做电缆接头。

3 电力电缆故障测试的方法

3.1 电力电缆故障测试方法的选择
电力电缆故障测试方法的选择,可以根据故障电力电缆的绝缘电阻值及通过仪表测得的导体电阻值来决定。对于低阻故障、接地故障以及断路故障,可以采用电阻电桥法、电容电桥法、脉冲测量法、驻波法等找出故障点;对于高阻故障较为实用而简便的是采用高压直流闪络法。

3.2 低压脉冲法
3.2.1 低压脉冲法的工作原理
测试时,在电力电缆故障项上注入低压发送脉冲,该脉冲沿着电力电缆传播,直到阻抗失配的地方(如中间接头、T型接头、短路点、断路点和终端头等),在这些 点上都会引起波的反射。反射脉冲回到电力电缆的测试端时,被电力电缆故障测试仪所接收,从光屏上读取时间数值(T),或移动光标至所发生波的反射处,并根 据事先测取的低压脉冲波在该类电力电缆中的传播速度(V),就可求得电力电缆故障点的距离(L),从而确定电力电缆故障点的具体位置。其计算公式 为:L=1/2×V×T。对于油浸纸绝缘电力电缆,低压脉冲波的传播速度为V=160m/s,对于其他种类的电力电缆,低压脉冲波的传播速度可以现场测 取,在此就不再赘述。 
3.2.2 低压脉冲法测试原理接线图
采用低压脉冲法进行电力电缆故障测试的接线原理见图1所示。
3.2.3 电力电缆的故障类测试
电力电缆的故障类型,可由电力电缆闪络仪的扫描基线上的反射脉冲极性来决定。假设我们发送的低压测量脉冲波是负极性的,如果反射波也是负极性的,则表明电 力电缆的故障为断路故障或终端头开路;如果反射波是正极性的,则表明电力电缆的故障为短路故障。其实际测得的故障波形见图2所示。 
3.3 高压直流闪络法
电力电缆的高阻故障,几乎占全部电力电缆故障的90%以上。在未经烧穿处理之前,绝大部分电力电缆故障都不适宜直接采用低压脉冲法进行测试。虽然有一部分 电力电缆的高阻故障,可以利用交直流烧穿设备处理,使故障点在电流通过时发热而使其碳化和电阻值降低,以适用于采用低压脉冲法。然而,在实际的测试过程当 中,这种方法往往需要更多的设备,需要更长的时间,而且并不是所有的高阻故障都可以用烧穿法将高阻故障烧成低阻故障,有的电力电缆故障点长期烧而不穿,有 的故障点的电阻值甚至越烧越高。这样一来,给电力电缆的故障处理带来了更大的困难。对于此类电力电缆的故障的排除,较为实用而简便的方法就是高压直流闪络 法。
3.3.1 高压直流闪络法的工作原理
测试线路接好以后,调节调压器,逐步升高试验电压,此时电力电缆故障闪络仪处于待测状态。当试验电压升高到一定值时,电力电缆的故障点产生闪络,电力电缆 故障闪络仪立即就显示出故障电力电缆的故障波形。通过上述方法,就可以求得故障点的距离,最后就可以确定电力电缆故障点的具体位置。
3.3.2 高压直流闪络法测试原理接线图
采用高压直流闪络法进行电力电缆故障测试的接线原理见图3所示。
3.4 电力电缆故障波形的分析
通过用电力电缆故障闪络仪对各种故障电力电缆的实际测试,得到以下几种常见的电力电缆故障的实际波形。它可以为我们在以后的工作中进一步提高电力电缆故障测试的效率,提供更为有参考价值的资料。


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