随着城市环网电缆数量的增多,由于电缆绝缘损坏等原因,故障发生概率大大增加,电缆故障带来的查找困难也越来越受到电力系统运行部门的关注和重视。电缆故障点的及时、快速查找与测量是保证电力供应畅通、保证供电可靠性的必需手段,但由于受到电缆线路的隐蔽性、电缆运行资料不完善以及测试设备探测水平的局限性,使电缆故障的查找非常困难。下面,根据多年的运行经验和参考有关资料,总结出电力电缆的常见故障和检测办法。

1电力电缆故障常见原因

了解电缆故障的原因,对于减少电缆的损坏,快速地判定出故障点是十分重要的。电缆发生故障的原因是多方面的,常见的几种主要原因归纳如下。

1.1机械损伤

很多故障是由于电缆安装敷设时造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。损伤如果轻微,很可能在当时不影响正常运行,但在几个月甚至几年后损伤部位才发展到铠装或绝缘护套,造成绝缘降低,形成故障。

1.2绝缘老化变质

电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时,气隙中产生臭氧、腐蚀绝缘,绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解,造成绝缘下降。过热会引起绝缘老化变质。造成电缆过热的因素有多方面。内因主要是电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热,从而使绝缘炭化;外因是电缆过负荷产生过热。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、套管中的电缆,以及电缆与热力管道接近的部分等,都会因本身过热而使绝缘加速损坏。长期过负荷运行,会使电缆的绝缘随之下降,薄弱处和对接头处首先被击穿。在夏季,电缆故障率高原因正在于此。

1.3化学腐蚀

电缆路径在有酸碱作业的地区通过,或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠装和铅(铝)护套大面积长距离被腐蚀,出现麻点、开裂或穿孔,造成故障。

1.4设计和制作工艺不良

电缆中间头、终端头安装工艺不良,材料选用不当,不按技术要求敷设电缆,同样会造成电场分布不均匀,这些往往也都是形成电缆故障的重要原因。

材料缺陷主要表现在三个方面。一是电缆制造的问题,铅(铝)护层留下的缺陷,在包缠绝缘过程中,纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷;二是电缆附件制造上的缺陷,如铸铁件有砂眼,瓷件的机械强度不够,其它零件不符合规格或组装时不密封等;三是对绝缘材料的维护管理不善,造成电缆绝缘受潮、脏污和老化。

2电力电缆故障检测方法

对于电缆的故障点检测一般都要经过故障类型的诊断、故障点测距、精确定点三个主要步骤。故障类型诊断主要是确定电缆故障点的故障相别,属于高阻接地或者低阻接地,以便于测试人员选择适当的检测方法。故障点测距也叫预定位,在故障电缆芯线上施加测试信号或者在线测量、分析故障信息,初步确定故障的距离,尽量缩小故障范围,以方便精确定点的进行。预定位方法一般可归纳为两大类,即经典法,如电桥法等;现代法,如低压脉冲法、高压闪络法等。精确定点是在预定位距离的基础上,精确地确定故障点所在实际位置。精确定点方法主要有声测定点法、感应定点法、时差定点法以及同步定点法等。本文主要探讨故障点预定位的基本方法。

2.1经典电桥法

将被测电缆故障相与非故障相短接,电桥两臂分别接故障相与非故障相,调节电桥两臂上的一个可调电阻器,使电桥平衡,利用比例关系和已知的电缆长度就能得出故障距离。用低压电桥测电缆低阻击穿,用电容电桥测电缆开路断线。电桥法测量结果精确,但需要完好芯线做回路,电源电压不能加得太高。

2.2高压脉冲法

利用传输线的特性阻抗发生变化时的回波现象,在电缆芯线中加上一定电压,使其不烧穿而产生放电。放电脉冲在电缆中传播及反射,用数字示波器测出反射脉冲的位置比例,算出故障点的位置。本法适用于高阻击穿,但操作人员的安全受威胁,波形较难辨别。

2.3低压脉冲法

对低阻击穿、短路、开路故障,可在电缆芯线上施加脉冲讯号。讯号在电缆传播及反射,用数字示波器或手提笔记本电脑虚拟示波器等测出脉冲波形而算出故障点的位置。低压脉冲反射法的优点是简单、直观,不需要详细的电缆原始资料,还可以根据反射脉冲的极性分辨故障类型。缺点是不能用于测量高阻与闪络故障。

2.4二次脉冲法

二次脉冲法是近些年常用的测距方法之一,其原理:对故障电缆释放一个低压脉冲,只要故障点的接地电阻大于电缆波阻抗5倍,可以认为此时故障电缆相对于低压脉冲是开路,那么在脉冲释放端接收到的反射波形相当于一个芯线绝缘良好电缆的波形;对故障电缆释放一个足以使芯线绝缘故障点发生闪络的高压脉冲,同时触发释放第二个低压脉冲,在故障点的电弧未熄灭时,故障点相对于低压脉冲是完全短路,那么在脉冲释放端接收的低压脉冲反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形;两个波形对比会有明显的发散点,这个发散点就是故障点的反射波形点。其特点是易操作、多功能,回波图形简易。缺点是不能用于测量高阻与闪络故障。

2.5三次脉冲法

三次脉冲法是一种新的电缆故障点预定位方法,由于脉冲反射法发出的低压脉冲在高阻故障点处不会发生反射,因此,此时故障点不会显示在波形上,此时的低压脉冲却在测试电缆末端形成全反射,得到电缆全长的参考波形;随后发射的脉冲冲击可以在故障点处形成稳定的时间充分燃弧,然后使用一个高能量的测量脉冲对故障点进行冲击,此时脉冲幅值可达到1500V,可充分保证在故障点形成负反射,得到故障点的故障波形。两条波形对比可清楚容易看到故障点位置。该方法适用与除了中间头受潮或进水特殊情况外的所有故障类型,包括高阻接低和低阻接低。

3综述

电缆故障点检测也别需要技术和经验的结合,由于电缆的隐蔽性和故障原因的多样性,建议在电缆故障点检测时采取以下步骤,并对所得到的波形仔细分析,特殊情况可以多次测试。

1)测量电缆绝缘,判断故障类型;2)根据故障类型选择合适的预定位方法,从原理上分析三次脉冲法的误差很小,而在处理绝缘进水或受潮时采用的脉冲电流法误差偏大,应对所得波形仔细分析;3)电缆路径查找,找到准确的电缆路径可以避免精确定点时漫无目的的搜索,这也是比较耗时的过程,对于长电缆建议对已查明的电缆所在位置做好标记;4)精确定点时要充分考虑电缆头处打盘而影响实地测量的准确性,对于死接地故障和线芯对内屏蔽短路故障,在发射冲击脉冲时,可能在全电缆都会出现放电声音,但只有在故障点处才会发生震动,在这种情况下,应沿电缆路径扩大搜索范围。