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        電纜故障測試原理及常見故障排除方法

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        電纜故障測試儀

        、電纜的產生與發展

        自從17世紀初發明了電,人類就與電結下了不解之緣。為實現農業、工業、國防等各行業的電氣化,需要將電能從發電廠通過電纜和電線輸送到用戶。而連接供、用電設備的橋梁——電纜,則成為電力工程中不可或缺的部分。電纜能否安全可靠運行,將直接影響電力系統供電的正常與否。因此,電纜(及電線)對電氣化的實現具有舉足輕重的影響。

        用于電力傳輸和分配的電纜稱為電力電纜,其實物右圖所示。隨著國民經濟的高速增長,廣大電力用戶對電力的需求與日俱增,并對其可靠性要求越來越高。而電纜供電以其較高的可靠性優勢,越來越多地被應用于輸電、配電、用電等領域。

        我國將交流電壓等級劃分為220/380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330KV、500KV、750KV、1000KV等,分貝為輸電電壓和配電電壓兩類。

        二、高壓電纜的分類

        高壓電纜按絕緣材料可分為油紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜、橡膠絕緣電纜和充氣電纜。

        油紙絕緣電纜

        黏性油浸紙絕緣型,包括統包型、分相屏蔽型
        不滴流油浸紙絕緣型,包括統包型、分相屏蔽型
        充油式油浸紙絕緣型,包括自容式充油電纜、鋼管式充油電纜
        充氣式黏性油浸紙絕緣型,包括自容式充氣電纜、鋼管式充氣電纜

        塑料絕緣電纜

        聚氯乙烯絕緣型(低壓電力電纜)
        聚乙烯絕緣型(中、低壓電力電纜)
        交聯聚乙烯絕緣型(高、中、低壓電力電纜)

        橡膠絕緣電纜

        天然橡膠絕緣型,包括礦用電纜、船用電纜、電力電纜
        乙丙橡膠絕緣型,包括礦用電纜、船用電纜、電力電纜
        硅橡膠絕緣型,包括控制電纜、航線電纜、電力電纜等

        三、電纜的故障形式及特征

        電力電纜屬地下隱蔽設備,由于部分施工單位在施工過程中對電力設施保護意識比較淡薄等因素,外力破壞的隱患一直威脅著電纜線路的安全運行。目前在配電系統中,發生的障礙和異常中,電纜故障占了35%,而在電纜故障中,外力破壞占了73%,外力破壞已成為造成供電故障的主要原因。

        電纜發生故障一般有三種情況:第一種是電纜三相短路。發生此故障時,中斷向客戶供電,對供電可靠性產生較大影響。第二種是電纜兩相短路。發生此故障時,中斷向客戶供電,對供電可靠性產生較大影響;第三種是電纜單相接地。發生此故障時,雖不中斷向客戶供電,但是非故障相對地電壓升高為線電壓,將對系統內的絕緣水平有較大的破壞,尤其是絕緣薄弱點,危害更大。

        電纜供電接線形式有其自身的特點,因此當電纜遭受外力破壞發生故障時,修復困難大。主要表現在:一是故障點尋找困難;二是恢復時間長;三是作業環境要求高、施工難度大,在下雨天以及溝道內電纜發生故障,都很難修復電纜;四是維修費用高。

        四、電纜故障探測原理及方法

        1.低壓脈沖測量法

        采用低壓脈沖測量法可測量出電纜中出現的開路故障、相間或相對地低阻故障,同時也可以測量電纜全長和顯示電纜中部分中間接頭的位置。當用儀器對電纜故障測量時,電纜被認為是一傳輸線(或叫長線)。當電波在長線中傳輸時,存在著以下一個特性:

        1).對于均勻無損的理想嘗鮮,設長度為L,當從其一端加電壓或電流波,那么電波便以均勻速度V向其另一端傳播,經Td時間后到達另一端,則有

        低壓脈沖法測量電纜故障的計算公式

        由波過程理論知:

        低壓脈沖測量法波過程公式

        式中C為光速,C=300m/μs;εrμr為長線的相對介電常數和相對磁導率。

        對油紙電纜,V≈160m/μs;對不滴流電纜,V≈144m/μs;對交聯乙烯電纜,V≈172m/μs;對聚乙烯(全塑電纜)電力電纜,300m/μs ≈184m/μs。

        2).均勻長線中沒一點的波阻抗是相等的,對不同截面積油浸紙介質電纜,其波阻抗Zc在10~50Ω之間。

        2、高壓閃絡測量法

        對于高阻故障,由于故障點電阻較大,此點的反射系數∥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o DGC電纜故障閃測儀應用高壓閃絡測量法對這種故障進行測量,可取得滿意的效果。

        由直流高壓發生器產生一負的直流高壓,加到電纜故障相,當電壓高到一定數值后,電纜故障點產生閃絡放電,瞬間被電弧短路,故障點便產生一跳變電壓波在故障點與測量端之間來回反射。

        常用的高壓閃絡測量法有兩種,即直流高壓閃絡測量法(簡稱直閃法)和沖擊高壓閃絡法(簡稱沖閃法)。

        直閃法

        直閃法測量線路如圖1a所示。

        直閃法測量線路及波形

        圖1:直閃法測量電纜故障線路及波形

        (a)直閃法測量線路  (b)直閃法測量波形

        C——耦合電容(大于0.1μF);R1——水電阻(20~40kΩ);R2——水電阻(約500Ω)

        圖中高壓變壓器B2輸出的交流電壓通過二極管D整流后加到電纜故障相,當負高壓加到一定幅度時,故障點閃絡放電,在故障點與測量端之間形成圖1 (b)所示的測量波形,這一波形通過隔直電容c,再經電阻R1、R2貧壓后加到儀器上,故障點到測量端的距離

        電纜故障點到測量端的距離公式

        由于受到高壓電源輸出功率的限制,因此直閃法只能測量閃絡性高阻故障。

        沖閃法

        沖閃法分為電阻和電感沖閃兩種。對于前者,因電阻在線路中的分壓作用,使得實際加到故障電纜上的電壓偏低,故對放電不利,特別是對于那些有較高阻值的故障更難以放電,因此此法存在一定的局限性,故通常采用后者。

        沖L法測量線路及波形

        圖2:沖L法測量電纜故障線路及波形

        (a)沖L法測量線路;  (b)沖L法測量波形

        沖擊直流高壓電感測量法(簡稱沖L法)的測量線路如圖2(a)所示。當電源接通后,首先由直流高壓給貯能電容D充電,當電容上的電壓高到一定幅值時,球隙Q被擊穿放電,在t0時刻瞬間負高壓加到電纜故障相,并傳向故障點,繼而故障點閃絡放電,故障點放電時的短路電弧使沿電纜送去的電壓波反射回去,從而在測量端和故障點之間產生

        如圖2(b)所示的波形,圖中尖脈沖是由于電感L的微分作用所致。這一波形通過R1、R2電阻分壓后加到儀器上。故障點到測量端的距離為

        用沖閃法測量電纜故障測量故障點到測量端的距離公式

        沖L法主要用于測量泄露性高祖故障,也可測量閃絡性高祖故障。

        五、用電纜故障測試儀查找地埋電纜故障的步驟

        1、分析電纜故障性質,了解故障電纜的類型

        不同性質的電纜故障要用不同的方法測試,而不同介質的電纜則有不同的測試速度。不同耐壓等級的電纜則有不同的耐壓要求。而被測試電纜的接頭位置及近是否在電纜上方施過工。這些在測試前都必須做到心中有數。

        2、用主機的低壓脈沖法測試電纜長度、校對電纜的電波傳輸速度

        測試電纜全長可以讓我們更加了解故障電纜的具體情況,可以判斷是高阻還是低阻故障,可以判斷固有的電波速度是否準確。(準確的電波傳輸速度是提高測試精度的保證;當速度不準確時,可反算速度。)這些都可以用低壓脈沖測試法來解決。

        3、用路徑儀探測埋地電纜的走向

        定點前首先必須知道電纜的路徑,若已知路徑可省去此步驟。

        4、用定點儀對故障點精確定位

        按定點放電方式接好高壓設備,根據電纜的性質及電纜的耐壓等級來決定升壓程度。對電纜故障點進行精測。如果故障點在距測試端很近時,特別是在電纜的測試端頭定位時,因球隙放電聲音比故障點放電聲音還大,很難區分真假聲音,在這種情況下可將高壓設備移至另一端的方法來定位。

        5、對電纜故障測試結果進行誤差分析,做好測試完的記錄

        此步工作對以后的電纜維護及管理是非常重要和必須的。

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