隨著現代城市建設的發展,電力電纜在城網供電中所占的份量也越來越重,在一些城市的市區,逐步取代了架空供電線路。同時隨著電纜數量的增多及運行時間的延長,電纜的故障也越來越頻繁,由于電纜線路的隱蔽性(多埋于地下)和一些電纜運行單位運行資料、測試設備及測試經驗的局限性使得電纜故障的查找非常困難,隨著科技的進步及研究的深入,出現了許多新的電力電纜的故障定位方法,同時各種測試儀器的精度也有了進一步的提高,如何實現電纜故障定位的快速性、準確性、經濟性,以縮短電纜故障修復的停電時間是本文研究的目的。
電力電纜故障定位的方法很多,過去由于測量設備簡陋及技術應用的局限性,人們只能應用較為原始的方法進行電纜故障定位,如聲響法、排除法、綜合法,上述方法往往浪費大量的時間及人力物力,且對于電纜短路點金屬性接地的故障測試較為困難,成功率有限。后來人們將現代測試技術應用于電纜故障定位上,如20世紀70年代前人們廣泛使用電橋法和低壓脈沖反射法去進行電纜故障定位,這兩種方法主要測量測試點到故障點的距離,兩者對電纜低阻短路故障較準確,但不適用于電纜高阻故障,常常需要結合燃燒降阻(燒穿)法,燒穿法主要應用在油紙電纜故障測試中,對電纜主絕緣會產生不良影響,且不易操作,現已很少使用。后來出現了直流閃測法和沖擊閃測法,分別用于測試閃絡(間歇)故障及高阻故障,兩者都可分為電流閃測法和電壓閃測法,取樣參數不同,各有優缺點。電壓取樣法可測率高,波形清晰易判,盲區比電流法少一倍,但接線復雜,分壓過大時對人及儀器有危險。電流取樣法正好相反,接線簡單,但波形干擾大,不易判別,盲區大。高壓電流(電壓)閃測法基本上解決了電纜高阻故障問題。
到了20世紀90年代,發明了二次脈沖法測試技術:因為低壓脈沖法準確易用,結合高壓發生器發射沖擊閃絡技術,在故障點起弧的瞬間通過儀器內部裝置觸發發射一低壓脈沖,此脈沖在故障點閃絡處(電弧的電阻值很低)發生短路反射,并將波形記錄在儀器中,電弧熄滅后,復發一正常的低壓測量脈沖到電纜中,此低壓脈沖在故障處(高阻)沒有擊穿產生通路,直接到電纜末端,并在電纜末端發生開路反射,將兩次低壓脈沖波形進行對比,非常容易判斷故障點(擊穿點)位置。儀器可自動匹配,自動判斷計算出故障點距離。
電力電纜的故障按其性質可分為串聯(斷線)故障及并聯(短路)故障,后者按其主絕緣外是否有金屬護套或屏蔽可分為主絕緣故障(外有金屬屏蔽)及外皮(外無金屬屏蔽)故障。
主絕緣短路故障的示意圖及等效電路圖如圖2-1所示,
圖中Rf代表絕緣電阻,G為擊穿間隙,Cf代表局部分布電容。根據測試方法不同,按故障點的絕緣電阻(Rf)大小可分為:
低阻故障(含金屬性短路Rf=0) 其中Rf的大小根據故障測試設備及測試方法的不同定義各不同,一般取Rf<10Z0(Z0為波阻抗);
高阻故障 一般取Rf>10Z0;
閃絡(間歇)故障 (Rf ∞)三種。
三者之間沒有絕對的界限,主要根據現場測試方法區分,與測試設備的容量及內阻有關。
對應不同類型的電力電纜故障,目前國內外有各種不同的定位方法,但進行電纜故障定位的步驟均相同(都是分三步,只是各步所采用的方法上有所差別),即:
1、*行電纜故障性質診斷。即確定故障類型與嚴重程度,以便對癥下藥,為下步選擇適當的電纜故障測試方法。診斷故障性質一般分二步:①用搖表判別故障種類,即分別測各相對地絕緣電阻及分別測各相間的絕緣電阻,然后根據結果判斷是單相短路故障還是相間短路故障,是低阻故障還是高阻故障;②檢查導體的連續性,即在電纜一端將A、B、C三相短路但不接地,在另一端用萬能表測各相間是否通路。
2、根據第一步診斷結果選擇合適的電纜故障預定位方法進行預定位測距(在電纜一端使用儀器測出故障點的距離)。目前國內外主要的電力電纜故障定位的預定位方法有:電橋法、低壓脈沖法、高壓脈沖(閃絡)法、二次脈沖法及衰減法(decay)等。
3、進行電纜故障點精確定點。即根據預定位測得距離,現場沿電纜路徑丈量,定出故障點的大概位置,在此位置附近通過各種方法和手段定出電力電纜故障點的準確位置。目前國內外進行電纜故障定位的精定位的方法有:a、聲響法;b、聲磁同步法;c、跨步電壓法;d、音頻感應法等。
上述的電纜故障預定位及精定位的各種方法及原理不相同,都有其優缺點及適用范圍,因此必須在清楚各種方法的原理、優缺點及適用范圍的基礎上才能做到故障的診斷的快捷、準確,少走彎路,并不斷總結現場的測試經驗,以達到電纜故障定位的快捷、準確、經濟的目的。
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