10KV电力电缆故障检测技术的应用研究

[摘 要] 随着电缆故障测试技术水平不断提高,对不同的故障性质采取不同的方法,在电缆故障测寻时,借助现代化的仪器和设备,便可准确迅速地确定故障点的精确位置,为迅速处理故障,尽快恢复送电赢得了宝贵的时间。本文对10KV电力电缆故障检测技术进行了研究,这些应用可以直接找到故障点进行处理,提高了故障测寻的效率,从而节省人力物力,缩短处理电缆事故的时间,创造较大的经济效益和社会效益。

[关键词] 电力电缆 故障检测 10KV

一、电缆故障性质的判断

所谓故障的性质,就是确定10KV电缆故障电阻是高阻还是低阻;是闪络还是封闭性故障;是接地、短路、断线,是单相、两相,还是三相故障。根据电缆故障性质的判断,我们可以采取相应的试验手段以便于快速、准确地测定电缆故障点。

1、当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻,或芯与芯之间绝缘电阻低于100KΩ时,为低电阻接地故障。

2、当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻,或芯与芯之间绝缘电阻低于正常值很多,但高于100KΩ时,为高电阻接地故障。

3、当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻较高或正常,应进行导体连续性试验,检查是否有断线,若有即为断线故障。

4、当摇测电缆一芯或几芯导体不连续,再经过一芯或几芯对地绝缘电阻摇测后,判断为低阻或高阻接地线,为断线并接地故障。

5、闪络性故障多发生于预防性耐压试验,发生部位大多在电缆终端和中间接头。闪络有时会连续多次发生,每次间隔几秒到几分钟。

二、10KV电缆故障的检测

1、测声法

所谓测声法就是根据故障电缆放电的声音进行查找,该方法对于高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。此方法所用设备为直流耐压试验机。假设SYB为高压试验变压器,C为高压电容器,ZL为高压整流硅堆,R为限流电阻,Q为放电球间隙,L为电缆芯线。

当电容器C充电到一定电压值时,球间隙对电缆故障芯线放电,在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生“滋、滋”的火花放电声,对于明敷设电缆凭听觉可直接查找,若为地埋电缆,则首先要确定并标明电缆走向,再在杂噪声音最小的时候,借助耳聋助听器或医用听诊器等音频放大设备进行查找。查找时,将拾音器贴近地面,沿电缆走向慢慢移动,当听到“滋、滋”放电声最大时,该处即为故障点。使用该方法一定要注意安全,在试验设备端和电缆末端应设专人监视。

2、电桥检测法

电桥法就是用单臂或双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值,再准确测量电缆实际长度,按照电缆长度与电阻的正比例关系,计算出故障点。该方法对于电缆芯线间直接短路或短路点接触电阻小于1的故障,判断误差一般不大于3m,对于故障点接触电阻大于1的故障,可采用加高压烧穿的方法使电阻降至1以下,再按此方法测量。首先测出芯线a相与b相之间的电阻R1,则R1=2Rx+R。

其中Rx为a相或b相至故障点的一相电阻值,R为短接点的接触电阻。再就电缆的另一端测出a"与b"芯线间的直流电阻值R2,则R2=2R(L-X)+R,式中R(L-X)为a"相或b"相芯线至故障点的一相电阻值。测完R1或R2后,再测出b、c两相芯线间的直流电阻值,则该阻值的1/2为每相芯线的电阻值,用RL表示,RL=RX+R(L-X),由此可得出故障点的接触电阻值:R=R1+R2-2RL。因此故障点两侧芯线的电阻值可用下式表示:RX=(R1-R)/2,R(L-X)=(R2-R)/2。Rx、R(L-X),RL三个数值确定后,按比例公式即可求出故障点距电缆端头的距离X或(L-X):X=(Rx/RL)L,(L-X)=(R(L-X)/RL)L,式中L为电缆的总长度。

采用电桥法时应保证测量精度,电桥连接线要尽量短,线径要足够大,与电缆芯线连接要采用压接或焊接,计算过程中小数位数要全部保留。电桥法测电缆故障时,除单臂或双臂电桥外,而且还需要与兆欧表和万用表等仪器配合使用,以便迅速准确地检测到电缆的故障点。

3、用脉冲法测寻电缆故障

这是20世纪80年代初发展起来的一种测试方法,以安全、可靠、接线简单等优点显示了强大的生命力。它与脉冲电压法大致相同,区别只在于:脉冲电流法是通过一线性电流藕合器来测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲信号。脉冲电流法也包括直闪法和冲闪法两种类型。直闪法用于测量闪络性高阻故障;而冲闪法主要用于测量泄漏性高阻故障,也可测量闪络性高阻故障。直闪法测量线路中包括:电流耦合器、调压器、高压试验变压器、整流硅堆、储能电容。测量时,调整仪器从0开始给电缆加直流电压,当电压升到一定值时,故障点闪络放电,线性电流耦合器输出第一个电流脉冲。放电脉冲到达故障点后又被反射,折回到仪器端。这一过程不断进行,直到放电过程结束,则故障点到测量端的距离可由此计算出来。冲闪法测量线路中则有一球间隙,用以改变加到电缆上的冲击电压高低和放电间隔时间。测量时从0调节T,当电压增加到某一值时,球间隙G击穿,使电容对电缆芯线放电。当电压信号幅值大于故障点临界击穿电压,则高压信号沿电缆行进到故障点一定的时间后,故障点电离,击穿放电。闪测仪将记录到相应的波形,则故障点到测量端的距离可由此计算出,△t表示相邻两个同极性脉冲(第一个脉冲除外,因为故障点击穿有延时)的时间差。

4、用冲闪法测寻高阻电缆故障

10KV电缆故障的70%以上是高阻故障,特别是在预防性试验时发生击穿的故障90%以上是高阻故障。冲击高压闪络法更适合任何类型的高阻故障。并且试验方法简便、准确、快速。

4.1电感冲闪法

冲击高压闪络法根据在测试时,分为电感冲闪法和电阻冲闪法。不同之处只是与球形间隙相串联的电感线圈L可改为电阻。两种方法其原理相似,但电感冲闪法使用更加广泛。在高阻电缆故障寻测时多使用此方法。下面仅对电感冲闪法的原理进行一下简单分析。

4.2工作原理:

电源接通后,电流通过调压器、变压器整流对电容器充电,当充电电压达到一定数值时,球间隙JS波击穿,电容器C的电压通过球间隙的短路电弧和一小电感L直接加到电缆的测量端。这个冲击电压波沿电缆向故障点传播。只要电压的峰值足够大,故障点就会因电离而放电,故障点放电所产生的短路电弧便沿电缆送出的电压波反射回来。只要测出波形的第一个上突跳拐点T1和下一个下突跳点T2间的时间间隔,便可以利用L=1/2VT算出故障点距测试端的距离。

5、零电位法

零电位法也就是电位比较法,它适应于长度较短的电缆芯线对地故障,应用此方法测量简便精确,不需要精密仪器和复杂计算,其接线测量原理如下:将电缆故障芯线与等长的比较导线并联,在两端加电压E时,相当于在两个并联的均匀电阻丝两端接了电源,此时,一条电阻丝上的任何一点和另一条电阻丝上的对应点之间的电位差必然为零;反之,电位差为零的两点必然是对应点。因为微伏表的负极接地,与电缆故障点等电位,所以,当微伏表的正极在比较导线上移动至指示值为零时的点与故障点等电位,即故障点的对应点。

三、电缆故障定点方法分析

目前,10KV电缆精确定点的方法有声测法、音频感应法和声磁同步法。声测法主要用于高阻故障的精确定点。实际应用中,声测法常因受到电缆故障点环境因素的干扰,如振动噪声大,电缆埋设过深等,造成定点困难。传统的定点方法是音频感应法。音频感应法是通过人的耳朵对声音信号强弱的分辨来判断故障点的位置,对操作人员的经验要求较高。声磁同步法利用故障点放电同时产生的电磁波和声波确定故障点。通过监测接收到的磁声信号的时间差,可以估计故障点距离探头的位置,比较在电缆两侧接收到脉冲磁场的初始极性,亦可在进行故障定点的同时寻找电缆路径。

1、声测法主要用于高阻故障。加脉冲直流高压于故障电缆芯线和铜带之间,使故障点产生间歇放电,引起电磁波辐射和机械的音频振动,在地面用声波接收器探头拾取震波,根据震波强弱很容易准确判定故障点的位置。可迅速的找出电缆故障点,查找方法简单,省时省力效果良好。

2、音频法主要用于低阻故障,测电缆开路、断路故障的定位,用音频信号发生器发送音频电流,电力电缆会发出电磁波,在电力电缆故障点附近的地面上用探头(电感式线圈)沿被测电力电缆走向接受电磁场变化的信号,将信号放大后送入耳机,根据耳机中声响的强弱判定出故障的位置,即是通过人的耳朵对声音信号强弱的分辨来判断故障点的位置,对操作人员的经验要求较高,所以并不常用。

3、声磁同步法利用故障点放电同时产生的电磁波和声波确定故障点。通过监测接收到的磁声信号的时间差,可以估计故障点距离探头的位置,比较在电缆两侧接收到脉冲磁场的初始极性,亦可在进行故障定点的同时寻找电缆路径。

四、电缆故障监测技术的发展

随着电网的发展,原有主要依靠定期停电后进行绝缘预防及检测电路的方法已难以满足现实的要求。近年提出了一些新的在线带电检测方法,这些方法对早期发现电力电缆特别是交联聚乙烯电缆存在的绝缘缺陷及老化情况,很有作用。通常有以下几种方法:

1、直流叠加法

在接地的电压互感器的中性点处加进低压直流电源,使该直流电压与运行中电缆的交流电压叠加,检测通过电缆绝缘层的极微弱的直流电流,即可测得整条电缆的绝缘电阻,从而可对电缆的好坏进行判断。直流叠加法的特点是抗干扰能力较强。但绝缘电阻与电缆绝缘剩余寿命的相关性并不好,分散性相当大。绝缘电阻与许多因素有关,即使同一根电缆,也难以仅靠测量其绝缘电阻值来预测其寿命。

2、直流分量法

通过检测电缆芯线与屏蔽层电流中极微弱的直流成分,对电缆中某一点或某一局部存在的树枝化(水树枝、电树枝)绝缘缺陷进行劣化诊断。直流分量法测得的电流极微弱,有时也不大稳定,微小的干扰电流就会引起很大误差。研究表明,这些干扰主要来自被测电缆的屏蔽层与大地之间的杂散电流,因杂散电流及真实的由水树枝引起的电流,均通过直流分量测量装置,以至造成很大误差。可考虑采取旁路杂散电流或在杂散电流回路中串入电容将其阻断等方法。目前国外将用直流分量法测得的值分为大于100nA、1～100nA、小于1nA三档,分别表明绝缘不良、绝缘有问题需要注意、绝缘良好。

3、介质损耗因数法

将加于电缆上的电压用电压互感器或分压器取出,将流过绝缘中的工频电流用电流互感器取出,然后在自动平衡回路中检测上述信号的相位差,即可测出电缆绝缘的介质损耗因数

参 考 文 献

[1]黄健华.论述电力电缆常见故障的原因及其预防对策[J].广东科技,2008,(20).

[2]王明.杨栋.基于行波法的10kV电力电缆故障测距算法的改进研究[J].电力科学与工程,2009,(2).■