高壓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0.1～2µs、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離測試端，因此故障點的放電聲就比較容易監(jiān)聽到。