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(dá)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(fù)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(yàn)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(yàn)電壓升高到一定值時,，泄漏電流突然增大的故障,。
       在進(jìn)行電纜故障探測時,，先需要進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)的阻抗發(fā)生了變化,，電磁波傳播到該點(diǎn)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(diǎn)的等效波阻抗。對于低電阻故障,，若故障點(diǎn)對地電阻為R,，則該點(diǎn)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(diǎn)的等效阻抗Z＝R＋Zc。
       當(dāng)-1＜β＜0時：說明低阻抗點(diǎn)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(diǎn)產(chǎn)生全反射,；
       當(dāng)0＜β＜＋1時：說明開路故障點(diǎn)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(diǎn)產(chǎn)生開路全反射,。
       實(shí)際用儀器測量低阻,、開路故障時，是由機(jī)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(diǎn)傳播,，并經(jīng)過同樣的時間?t時間后到達(dá)故障點(diǎn),，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(dá)測量端,。若設(shè)故障點(diǎn)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(diǎn)的距離,。
       當(dāng)對電纜全長進(jìn)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(diǎn)特性阻抗的變化,。根據(jù)電磁波傳輸理論,，該點(diǎn)也存在一定的反射。
       對于高阻故障,，由于故障點(diǎn)電阻較大,，此點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(fù)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(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)放電,，瞬間被電弧短路,，故障點(diǎn)便產(chǎn)生一跳變電壓波在故障點(diǎn)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(diǎn)的距離,。
       用于擊穿高阻故障點(diǎn)的電源也可以是沖擊高壓,。在用沖擊放電進(jìn)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(yùn)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(jìn)行判斷,，而不能確切給出電纜敷設(shè)后的準(zhǔn)確故障點(diǎn)，所以電纜故障定位十分重要,。
       傳統(tǒng)的電纜故障定點(diǎn)方法是聽聲法,。這種方法的特點(diǎn)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(diǎn)的直流電阻較小時,，放電聲不太大,，這時難以奏效。現(xiàn)在較普遍使用的定點(diǎn)儀是將微弱的機(jī)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(jìn)行足夠的放大后,，再通過耳機(jī)還原成聲音，然后通過人機(jī)的有機(jī)配合,，準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)的位置,。
       不同性質(zhì)的電纜故障，在定點(diǎn)技術(shù)上略有差異：
       1.對于高阻故障的定點(diǎn),，由于故障的阻抗較高,，探測時施加的沖擊電壓較高，故障點(diǎn)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(diǎn),，由于這類故障電阻小，因此故障點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)放電強(qiáng)度,，從而獲得較強(qiáng)、較大的放電聲,，便于收聽,、分析和判斷故障點(diǎn)的位置。
       3.對于開路故障的定點(diǎn),，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(diǎn)儀在粗測范圍內(nèi)進(jìn)行定點(diǎn),。因開路故障類似于高阻故障,，其定點(diǎn)方法與高阻故障的定點(diǎn)方法相同。
       如果故障點(diǎn)就在測試端附近,，這時故障點(diǎn)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(yuǎn)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(dá)到故障相閃絡(luò)放電的目的,。這時因串入回路的球間隙遠(yuǎn)離測試端,，因此故障點(diǎn)的放電聲就比較容易監(jiān)聽到。