(国网山东省电力公司威海供电公司)
摘要:电力电缆是我国电网输送电力的主要方式之一,其具有维护工作量小,稳定性高的优质特点,但由于电力电缆的不间断运行及外界环境、人为因素的破坏以及检修工作中的不规范等原因,很容易导致电力电缆故障,进而引起电力系统的长时间停电检修,影响到用户用电和企业形象。对电力电缆故障原因的及时排查、隐患点的检测成为了供电企业工作的重点,对提高供电系统的可靠性有着重要的作用。笔者将就电力电缆故障发生的机理进行探究,比较常见的检测方法,并结合我国智能电网的发展趋势,探讨电力电缆检测技术研究进展和发展趋势。
关键词:电力电缆;故障机理;检测手段;方法比较
0 引言
电力电缆与传统架空线路不同,大多铺设在地下电缆管或沟里,能够在一定程度上避免流水腐蚀和人为破坏,具有占地面积小、维护工作量小、防腐蚀、防损伤、稳定性高等特点。随着我国城市化进程的不断加快,在城市规划建设过程中,考虑到美观、节约占地面积等问题,电力电缆的输电方式逐渐发展起来[1],由于其具有上述优点,电力电缆输电也表现出比架空线输电更大的优势。
虽说电力电缆输电能够有效降低故障率,但受封闭紧凑式设计及线路不间断运行等因素影响,故障发生率会随着时间而增长,而且线缆埋藏于地下,一旦发生故障,很难进行定位,维修也较为困难,威胁到电力系统运行的可靠性和稳定性。
1 电力电缆诊断检测技术简述
电力电缆诊断检测技术(diagnostic testing),是通过适用于不同环境条件的检测手段、技术,实现对电力电缆故障的诊断、故障点的定位以及输电参数的状态监测,为电力电缆维修提供可靠的数据支持和理论依据,从而确保电力系统的安全可靠运行,切实保障广大用电用户的利益。
2 电力电缆故障类型及机理
2.1 电力电缆故障类型综述
造成电力电缆故障的原因有线路运行原因(绝缘老化问题等)、外部原因(机械损伤、绝缘受潮、雷击等)、线路材料原因(线路原材料制作工艺缺陷等),其中,机械损伤为电力电缆故障最主要的诱发因素,占故障总数的百分之八十以上。按照故障所在位置的不同,电力电缆故障又可分为电缆本体故障、电缆中间接头故障和电缆终端头故障三种[2];按照故障发生环境的不同,又分为运行故障和试验故障;按故障性质分类,分为低阻故障、断路故障、高阻泄露和闪络故障。
2.2 电力电缆故障机理
(1)运行原因造成的故障
绝缘老化问题:电力电缆的长时间运行势必会导致介质损耗加大,导致绝缘皮的强度下降、电器老化、机械老化等问题;
(2)外部原因引起的故障
①机械损伤:在电力电缆的铺设过程中,可能会由于碰撞等对线缆造成破坏;
②绝缘受潮:电力电缆的运行环境潮湿、存在强腐蚀性的条件等,会对线缆的接管和接头处造成破坏;
③环境温度:当线路负荷过大时,电缆会产生大量的热,而电缆管道通风不良,内部气体的集中可能会造成局部过热;[3]
(3)线路材料原因
受线路设备原材料和制作工艺的缺陷,电力电缆的质量可能会为线路运行埋下安全隐患。
3 电力电缆故障检测及故障点定位方法
3.1 电桥法
电桥法(Bridge method)按照电阻的不同又分为低阻电桥、高阻电桥和电容电桥,分别适用于对电力电缆线路的短路故障监测、高阻故障监测和开路故障监测。其原理如图所示。电力电缆终端故障相与非故障相短接,将故障相与非故障相分别作为电桥电路两个阻抗臂。
电桥法故障距离计算公式如下: ,其中,α为用电阻的百分比表示,在用电桥法测量时,要特别注意测量的精度,还要尽量缩短电桥的连接线、扩大接线半径,将计算过程的小数点全部保留,不得四舍五入。此外,电桥检测法还可与万用表相配合,提高建立电力检测的效率。
3.2 低压脉冲法
低压脉冲检测法(Low Voltage Impulse)适用于低电阻短路、接地性故障、断路故障等。数据资料显示,低阻、短路与断路故障约占电缆故障的10%。在用这种方法测试故障时,需向电缆内射入一束低压脉冲,当脉冲遇到电缆内阻抗不匹配点(短路点、故障点、中间接头等)时,会反射回来并被测量仪器所记录,通过计算脉冲往返的时间差与脉冲速度的乘积,便可计算阻抗不匹配点的距离。计算公式如下:
Lx=v/2*tx,
式中,Lx为阻抗不匹配点的距离,tx为脉冲往返时间差,v为脉冲传播速度。
测试中应注意,反射脉冲极性的不同,反应的是不同故障的性质,断路故障的反射脉冲极性与发射脉冲极性相同,而短路故障发射与反射脉冲极性则相反。
3.3 冲闪法
冲闪法(Impulse flash method)是我们常说的冲击高压闪络测试法的简称,其适用于大部分闪络、低阻、短路、断路性故障,特别是在预防性试验中,高阻故障占击穿故障的90%以上。冲闪法具有测试方法简单,有效性强,效率高等优点。冲闪法根据球形间隙串联的零器件的不同又可分为电感冲闪法和电阻冲闪法,这两种方法工作原理类似,但电感冲闪法的应用范围更加广泛,特别是应用在高阻电力电缆故障检测中。电感冲闪法工作原理如下:当测试系统接通电源时,系统会对电容器进行充电,当充电电压上升到一定的数值后,就会击穿球间隙,电容器存储的电能就会通过球间隙短路电弧及小电感加到电力电缆测量端。由此产生的电压波会沿着电力电缆方向向故障点传播,故障点电离放电产生短路电弧的同时会沿电力电缆发送电压波并反射。
3.4 跨步电压法
跨步电压法(Step method)适用于单相接地故障、两或三相短路并接地故障、外护套故障等。跨步法电力电缆测试时传统反射检测法的强有力补充,其粗测结果更准确,可靠性更高,而且很好地解决了出现测量误区、对PVC聚氯乙烯电缆和无铜屏蔽低压电缆故障检测等问题。
3.5 声测定位法
声测定位法(Sound location method)即利用故障点在高压冲击时击穿放电声音对电力电缆故障点进行定位的一种方法。当电缆局部放电时,存储的电脑能会被瞬间释放,这是电缆内会产生一种类似声波的机械波,利用声学探测仪器提取所产生的声波特征,即可获得电缆故障信息。声测定位法适用于近距离(电缆接头故障)的检测[4]。
4 结语
我国电力电缆故障测试技术水平在理论研究和实践应用上取得了很大的成果,为故障的及时处理赢得了宝贵的时间。各方面还需加强对故障检测的研究,共同促进我国电力事业的发展。
参考文献:
[1]K W Barber,Marazzto H.Reliable undergrounding of electricitysup-ply in Asia[C].Asia Pacific Conference on MV Power CableTechnologieS.Kuala Lumpur,Malaysia,2005
[2]张仲文.电力电缆故障检测及故障点定位方法探究[J].中国高新技术企业,2016,34
[3]袁燕岭.电力电缆诊断检测技术综述[J].电测与仪表,2016,11
[4]L E Lundgaard,W hansen.Acoustic method for quality control and in-service periodic monitoring of medium voltage cable terminations[C].Conference Record of the 1988 IEEE Interional Stmposium on.IEEE,1998,1
论文作者:陈阔海,陶方杰,杨迪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/27
标签:故障论文; 电力电缆论文; 电桥论文; 脉冲论文; 电缆论文; 适用于论文; 原因论文; 《电力设备》2017年第2期论文;