2.华北电力大学,河北保定071003
2.North China Electric Power University, Hebei Baoding 071003
10 kV电力电缆由于多采用地埋方式,不占用 或少占用地上空间而在城市建设中被普遍应用,有 效解决了城区土地资源有限与配电网建设快速发 展之间的矛盾。随着电缆线路的增加及运行时间 的不断增长,电缆故障成为困扰运行维护人员的一 大难题。一旦发生故障,需要用最短的时间定位出 故障点,尽快处理并恢复供电[1]。而电力电缆的缺 点是发生故障后较架空线路更难以确定故障点位 置,因此本文针对电力电缆故障检测及故障点定位 方法进行分析。
1 电力电缆故障分类及故障检测方法 1.1 故障分类电力电缆故障复杂多样,按故障表面现象分为 开放性故障、封闭性故障;按接地现象分为接地故 障、相间故障、混合故障;按故障位置分为接头故 障、电缆本体故障;按电阻性质分为断线故障、混线 故障、混合故障,其中,混线故障又分为低阻故障、 高阻故障、闪络性故障[2]。
1.2 故障检测方法针对不同的电缆故障,通常的检测方法有低压 脉冲法、脉冲电流法、二次脉冲法、电桥法、脉冲电 压法等[3],本文仅介绍常用的3种检测方法。
1.2.1 低压脉冲法低压脉冲法适用于检测低阻故障(故障电阻小 于200 Ω的短路故障)、断路故障,还可用于测量电 缆的长度、电磁波在电缆中的传播速度,区分电缆 的中间头、T型接头与终端头等。
1.2.2 脉冲电流法脉冲电流法一般包括冲闪法、直闪法,采用线 性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号,生成故 障测试波形图,实现通过波形判断故障情况和测量 故障点距离的目的。直闪法用于检测闪络击穿性 故障,即故障点电阻极高,在用高压试验设备把电 压升到一定值时会产生闪络击穿的故障。冲闪法 也适用于测试大部分闪络性故障,由于直闪法波形 相对简单,容易获得较准确的结果,应尽量使用直 闪法测试。
1.2.3 二次脉冲法在高压信号发生器和二次脉冲信号耦合器的 配合下,可采用二次脉冲法来测量高阻及闪络性故 障的故障距离,该方法测出的波形更简单,容易识 别。
以下结合衡水供电公司电力电缆典型故障检 测过程实例,详细分析检测方法以及检测时需要注 意的技术要点。
2 某居民小区支路10 kV电缆接地故障检测 实例 2.1 故障概况2012-08-16T10:20,和平西路南5036 线路接 地,用绝缘电阻表初步确定为广厦尚城居民小区支 路10 kV电缆发生接地故障。
为尽快查找到精确的故障位置,首先查阅电缆 档案资料,该支路电缆为10 kV交联聚乙烯绝缘电 缆,2010年6月投运,全长206 m,在距接火杆65 m 处有1个中间接头。
选择接火杆处电缆头为测试点,用2500 V兆欧 表进行故障类型判别,分别测试三相对地电阻:L1 相接地电阻为1 MΩ左右,L2、L3两相绝缘电阻接近 无穷大,初步判断为电缆L1相发生高阻接地故障。 之后分别对L1、L2、L3三相做直流耐压试验,测试结 果为:L1相在22 kV时击穿,L2、L3相通过了25 kV 的试验。由此得出结论为:L1相发生高阻接地故 障,L2、L3相接地良好。
2.2 故障点查找利用电力电缆故障测距仪对电缆长度进行测 量,采用低压脉冲电流法测量电缆的长度,设定测 试波速度为172 m/μs,测得的电缆长度为206 m,电 缆全长测试波形见图 1。可以看出该电缆的长度为 206 m,并且连续性较好,没有发生断线故障。
利用T-305直流高压信号发生器在L1相和钢铠之间进行冲闪测试,调整T-305输出的放电电压 为22 kV,储能电容为2 μF,测得故障距离大约在 62 m处。采用脉冲电流法测得的故障距离结果如 图 2所示。
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图 1 电缆全长测试波形 |
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图 2 脉冲电流法故障测距波形 |
由于故障距离较短,通过脉冲电流波形精确判 断故障距离。为了进一步验证故障距离测试结果 的正确性,采用二次脉冲法又对L1相进行了测距, 调整T-305输出电压至27 kV后对电缆放电,测得 故障距离确为62 m,测量结果如图 3所示。
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图 3 二次脉冲法故障测距波形 |
因电缆除在接火杆处采用垂直敷设方式外,其 他部位全部为直埋水平敷设方式。根据这个情况, 并综合考虑电缆的故障性质与故障距离,决定利用 T-505电缆故障定点仪,采用声磁同步法,从距接火 杆70 m处反向(向电缆起点方向)进行故障点的精 确定位。定位时每隔1 m左右放置1个传感器探头, 并仔细观察T-505的磁场信号和声音信号波形,走 大约5 m时,仪器屏幕显示电缆故障放电的典型声 音信号波形,并听到了微弱的放电声。在小范围内 多次调整探头位置后,找到声磁时间差最小的点, 确定了故障点就在中间接头内。打开中间接头,发 现故障原因是由于在剥电缆外半导电层时,在主绝 缘层上留下了1条很深的刀口,导致主绝缘被破坏, 随着运行时间增长造成绝缘被击穿而放电。
3 某化肥厂35kV电源电缆故障检测 3.1 故障概况2012-09-20T08:50,35 kV景化线378线路发生 接地故障,该线路为化肥厂用户专线,用电负荷为 3800 kW。查阅了电缆线路的档案资料,该电缆为 35 kV交联聚乙烯绝缘电缆,全长520 m,在距变压 器端电缆头435 m处有1个中间接头。根据该化肥 厂的电力值班人员介绍,故障发生后进行了1次故 障查找,测量的故障距离为132 m,且故障定点时听 到了微弱的放电声音,但挖开电缆未发现明显的故 障击穿点,将电缆外皮剥开后也未发现故障点,确 认是故障探测错误。
由于电缆线路变压器端距地面低便于测量,因 此被选为测试点。首先选用2500 V兆欧表测量电 缆的三相接地电阻,L1、L3两相对地绝缘值均高于 2000 MΩ,L2相绝缘电阻值接近0,用万用表复测, 电阻值约为100 kΩ。没有对电缆做导通试验及耐 压试验,初步诊断电缆发生了单相高阻接地故障。
3.2 故障点查找首先利用T-905电力电缆故障测距仪,采用低 压脉冲电流法测量电缆长度,测得在约521 m位置 三相均有明显正反射脉冲波形,测量结果如图 4所 示。根据经验判断此处应为全长反射,且L2相线芯 没有发生开路故障。
利用T-305直流高压信号发生器在L2相与钢 铠之间施加脉冲高电压,选用T-905电缆故障仪,采用脉冲电流法进行故障测距,测得故障距离为434 m,测距结果如图 5所示。之后又采用二次脉冲法进 行故障测距,测得故障距离为437 m,测距结果如图 6所示。
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图 4 电缆全长测试波形 |
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图 5 脉冲电流法故障测距波形 |
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图 6 二次脉冲法故障测距波形 |
将T-305的放电方式调整为周期放电方式,选 择15 kV的放电电压进行故障定点。先用丈量仪测 量,在距测试点约450 m处,通过脉冲磁场找到故障 电缆的位置后,从此处开始,沿电缆路径反向定 点。回走约10 m后,发现定点仪的液晶屏上有重复 性很强的声音波形,再走约5 m听到故障点的放电 声,最终确定了故障点的精确位置。将电缆挖开 后,发现故障点在电缆接头处,电缆外皮烧焦,钢铠 有明显锈迹,锯开后确认为故障点。分析故障原因 可能是在电力电缆施工时过拉伸、过挤压造成绝缘 损伤,初期不明显,长期运行后绝缘被击穿放电。
4 结论本文介绍的电缆故障测试方法,具有普遍的参 考价值。电缆高阻故障是目前较难检测的故障类 型,发生故障时确定故障类型以定位故障点的主要 步骤如下:
(1) 查阅电缆相关资料,掌握电缆的详细情 况;
(2) 判断电缆故障类型,根据故障类型确定相 应的测试方法;
(3) 测试电缆的长度,查看测试结果是否与资 料相符;
(4) 初步确定故障点;
(5) 采用二次脉冲法对故障点精确定位;
(6) 剥开电缆查看实际的电缆故障情况,查明 原因,以便采取相应的防范措施。
5 结束语随着电力电缆应用范围的迅速扩大,如何有效 地提高电力电缆故障检测的准确性和快速性,提升 设备管理水平,是专业技术人员必须掌握的技能。 针对电缆高阻故障,采用二次脉冲法测距,测试方 法易掌握,特别对短距离故障测试波形,测距方法 简单,自动化程度高,容易确定故障点,使得电缆检 测效率更高,定位时间更短。该检测方法方便、有 效,可供同类型故障处理借鉴。
[1] | 李宗廷,王佩龙,赵光庭,等.电力电缆施工手册[M].北京:中国电力出版社,2001:17-34. |
[2] | 王伟,李云财,马文月,等.交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆技术基础[M].西安:西安工业大学出版社,2005:389-426. |
[3] | 史传卿.电力电缆安装运行技术问答[M].北京:中国电力出版社,2002:359-394. |