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電力電纜的故障診斷與分析
電力電纜故障可分為開路故障、低阻故障和高阻故障三種類型。
若電纜相間或相對地的絕緣電阻值達到所要求的規(guī)范值,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,這類故障稱開路故障。若電纜相間或相對地的絕緣受損,其絕緣電阻減小到一定程度的故障稱為低阻故障。相對于低阻故障,若電纜相間或相對地的故障電阻較大,則稱為高阻故障,它包括泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障。泄漏性高阻故障是指隨試驗電壓的升高而泄漏電流逐漸增大,且大大超過規(guī)定的泄漏值的故障。閃絡(luò)性高阻故障是指絕緣電阻值很大,當(dāng)試驗電壓升高到一定值時,泄漏電流突然增大的故障。
在進行電纜故障探測時,先需要進行電纜故障性質(zhì)判斷,通常是將電纜脫離供電系統(tǒng),并按下列步驟測量:
1.用絕緣電阻測試儀測量每相對地絕緣電阻,如絕緣電阻指示為零,可用萬用表或回路電阻測試儀進行測量,以判斷是高阻還是低阻接地;
2.測量兩相之間的絕緣電阻,以判斷是否是相間故障;
3.將另一端三相短路,測量其線芯直流電阻,以判斷是否有開路故障。
一、電纜故障探測技術(shù)
采用的方法主要為低壓脈沖法和高壓閃絡(luò)法。
低壓脈沖法可測量電纜中出現(xiàn)的開路故障、相間或相對地低阻故障;
高壓閃絡(luò)法可用于探測高阻故障。
低壓脈沖法測量原理是依據(jù)均勻傳輸線中波傳輸與反射的原理。將被測電纜看作是一均勻傳輸線,它每一點的特性阻抗是相等的,當(dāng)從電纜一端發(fā)射一低壓脈沖波時,由于故障點的阻抗發(fā)生了變化,電磁波傳播到該點處就發(fā)生折、反射現(xiàn)象,反射電壓Ue與入射電壓Ui滿足關(guān)系式:
其中:Zc為電纜的特性阻抗,Z為電纜故障點的等效波阻抗。對于低電阻故障,若故障點對地電阻為R,則該點的等效波阻抗Z=R/Zc;對于開路故障,若故障電阻為R,則該點的等效阻抗Z=R+Zc。
當(dāng)-1<β<0時:說明低阻抗點存在反射波,且反射波與入射波反極性。R愈小,β愈大,Ue愈大;
當(dāng)R=0為短路故障時,β=-1,Ue=-Ui:電壓波在短路故障點產(chǎn)生全反射;
當(dāng)0<β<+1時:說明開路故障點也存在反射波,且反射波與入射波同極性。R愈大,β愈大,Ue愈大;
當(dāng)R=∞,即為斷線故障時,β=+1,Ue=-Ui:電壓波在斷線故障點產(chǎn)生開路全反射。
實際用儀器測量低阻、開路故障時,是由機內(nèi)產(chǎn)生一寬度為0.1~2?s、幅度大于120V的低壓脈沖,在t0時刻加到電纜故障相一端。此時脈沖以速度v向電纜故障點傳播,并經(jīng)過同樣的時間?t時間后到達故障點,并產(chǎn)生反射脈沖,反射脈沖波又以同樣的速度v向測量端傳播,并經(jīng)過同樣的時間?t于t1時刻到達測量端。若設(shè)故障點到測量端的距離為L,則有如下關(guān)系:
所以只要記錄t0和t1時刻,就可以測出測量端到故障點的距離。
當(dāng)對電纜全長進行校準(zhǔn)時,往往使電纜終端開路。因此,電纜全長的校準(zhǔn)相當(dāng)于電纜斷線故障的測量情況。電纜存在中間接頭時,由于接頭處的電纜形狀及其絕緣介質(zhì)等的變化,引起了該點特性阻抗的變化。根據(jù)電磁波傳輸理論,該點也存在一定的反射。
對于高阻故障,由于故障點電阻較大,此點的反射系數(shù)β很小或幾乎等于零,用低壓脈沖法測量時,故障點的反射脈沖幅度很小或不存在反射,因而儀器分辨不出來。這時需要用高壓閃絡(luò)測量法進行故障探測。
高壓閃絡(luò)法是由直流高壓發(fā)生器產(chǎn)生一負(fù)的直流高壓,加到電纜故障相,當(dāng)電壓高到一定數(shù)值后,電纜故障點產(chǎn)生閃絡(luò)放電,瞬間被電弧短路,故障點便產(chǎn)生一跳變電壓波在故障點與測量端之間來回傳輸,這時只要測量波兩次經(jīng)過某一端的時間差即可求出故障點的距離。
用于擊穿高阻故障點的電源也可以是沖擊高壓。在用沖擊放電進行高阻探測時,應(yīng)特別注意電纜的耐壓等級,所選用的沖擊電壓的幅值應(yīng)不超過正常運行電壓的3.5倍。
二、電纜故障定位技術(shù)
由于電纜線路不可能*直線敷設(shè),用電纜故障探測儀僅能對電纜故障的大致位置進行判斷,而不能確切給出電纜敷設(shè)后的準(zhǔn)確故障點,所以電纜故障定位十分重要。
傳統(tǒng)的電纜故障定點方法是聽聲法。這種方法的特點是簡單易行,特別是放電聲較大的時候,還是比較理想的。然而,當(dāng)故障點的直流電阻較小時,放電聲不太大,這時難以奏效?,F(xiàn)在較普遍使用的定點儀是將微弱的機械振動波首先轉(zhuǎn)換成電信號,由放大電路將這一電信號進行足夠的放大后,再通過耳機還原成聲音,然后通過人機的有機配合,準(zhǔn)確地確定故障點的位置。
不同性質(zhì)的電纜故障,在定點技術(shù)上略有差異:
1.對于高阻故障的定點,由于故障的阻抗較高,探測時施加的沖擊電壓較高,故障點才會發(fā)生閃絡(luò)放電,故放電聲和由此而產(chǎn)生的沖擊振動波一般說來都比較大,較便于收聽、分析和辨別。
2.對于低阻故障的定點,由于這類故障電阻小,因此故障點的放電間隙也小,致使施加的沖擊高壓在不很高的情況下,故障點便發(fā)生閃絡(luò)放電。這時因閃絡(luò)放電而產(chǎn)生的沖擊振動波也小,再加上現(xiàn)場其他因素的干擾,放電聲往往不易分辨甚至聽不到放電聲。這時可控制沖擊電壓的高低,并通過加大貯能電容器的電容量,增強放電強度,從而獲得較強、較大的放電聲,便于收聽、分析和判斷故障點的位置。
3.對于開路故障的定點,是在故障相的一端加沖擊高壓,而故障相的另一端用另外兩相和電纜鉛包連接后充分接地,然后利用定點儀在粗測范圍內(nèi)進行定點。因開路故障類似于高阻故障,其定點方法與高阻故障的定點方法相同。
如果故障點就在測試端附近,這時故障點的放電聲會被球隙的放電聲所淹沒,因而不易被測聽到。當(dāng)遇到這種情況時,可以將球間隙放到遠(yuǎn)離測試端的另一端,并通過已知的正常相對故障相加電壓,從而達到故障相閃絡(luò)放電的目的。這時因串入回路的球間隙遠(yuǎn)離測試端,因此故障點的放電聲就比較容易監(jiān)聽到。