4-22 电力电缆带电诊断与故障处理new

全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集故障分析与反措PAGE8PAGE7电力电缆的带电诊断与故障处理赵国栋（盘锦供电公司，辽宁省盘锦市124010）摘要用电缆作为高、中、低压电网及用户输送和分配电能的方式，在国内外都已被充分认可和采用。由于制造缺陷、机械损伤、安装质量、绝缘老化、人为因素等原因，电缆在运行时故障时有发生。因此，科技工作者开始研究电力电缆的带电诊断与故障处理，在科研设计时不但要考虑到电力电缆的运行与维护方便，更重要的是考虑事故状态下的快速故障处理，有效的提高工作质量，减少用户损失。本文介绍了国内外电力电缆带电诊断装置的开发与应用，重点说明常见故障的处理及方法。关键词电力电缆带电诊断故障处理０前言用电缆作为高、中、低压电网及用户输送和分配电能的方式，在国内外都已被充分认可和采用。法国配电绝缘化程度约90％，日本采用交联聚乙烯（XLPE）电缆的低压网络为76％，中压网61％。随着国家城市电网改造工作的迅速展开，电力电缆以其独特的运行方式得到越来越广泛的应用。但是由于制造缺陷、机械损伤、安装质量、绝缘老化、人为因素等原因，电缆在运行时故障时有发生，给人们生活和生产带来重大损失。如何早期开展电缆的带电诊断，迅速、准确地确定故障点，恢复供电，减少停电损失，就摆在广大科学技术人员面前。所以有必要对电力电缆带电诊断和故障探测方法进行深入的研究，到目前为止，电力电缆带电诊断的研究、故障测距及故障处理的方法已经逐渐走向成熟。在快速故障监测与检测方面，国内许多高校和企业针对电力电缆的故障类型，开发和研制了许多诊断系统、仪器和设备，有力的推进了该行业发展和电力电缆的快速故障处理能力。1国内外电力电缆带电诊断装置的开发与应用1.1国外发展情况早在1986年，日本的东北电力公司就研制开发了高压电缆劣化带电诊断装置[1]，其原理是在高压电缆的任意部位安装三相星型电抗器，当从电抗器中性点向高压线——接地端施加25V直流电时，测量经由被试电缆绝缘体从接地线流出的微电流，从而求出绝缘电阻值。现场试用结果证明，对变电所继电保护装置没有影响，不存在变电所继电保护装置误动问题。在进行电缆带电劣化诊断过程中，线路发生接地故障，变电所继电保护装置均能正确动作。关于电缆绝缘的测量精度，经比较得到了在线与离线状态下测量直流漏泄电流法相同的数值精度。从此该公司和用户在自管电缆线路开展高压电缆劣化带电诊断装置应用，在防止电缆线路故障方面，取得了很大的效益和成绩。还有一些国家研制开发了电力电缆带电诊断装置，如：加拿大国家科学研究协会的场致发光法［2］、荷兰运用高频局放(HFPD)检测仪、日本东京电力公司的氧化特征法［3］等，在防止电缆线路故障监测与检测方面，取得了很大的效益和成绩。从其发展的核心思路来讲，与国内高校、企业的研究发展有本质上区别，各有所长。因此，有一定的借鉴意义和参考价值。1.2国内发展情况许多企业进行了电力电缆带电诊断装置的开发与应用，如火电厂开发的电缆温度在线监测系统，主要针对厂房内电缆沟不易管理，以及火灾等问题提出的。采用了当今先进的通信技术、微处理器技术、数字化温度传感技术及离子感烟技术以及独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行技术，避免了电缆沟内强大电场的干扰，完整安全地把数据传送至监视现场终端。该系统具有良好的计算机界面、可显示电缆沟道模拟图、显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间接头位置等参数，当运行中电缆出现异常时，显示画面及事故音响同时出现，可通过计算机的电缆沟道模拟图上直接查看，并能迅速准确地判断出发生故障的实际位置，增强了电缆快速故障处理能力，提高了电缆运行的可靠性及技术管理水平。再如华北电力大学开发的高压交联聚乙烯（XLPE）电缆局部放电在线检测系统，系统由甚高频钳形脉冲电流传感器和甚高频天线；特高频传感器；多通道在线或便携式测量装置；故障分析与预警软件组成。采用高性能的传感器，可以捕捉极低的放电量。优化的设计，甚高频与特高频传感器相结合的测量技术可有效避免现场的各种干扰。该钳形传感器直接安装在已敷设好的电缆上，不改变电缆原有连线方式和结构，进行现场测量。装置与电缆无直接电气连接，保证监测的安全性。故障分析与预警软件可对故障进行模式识别，判断出故障类型，在线检测的实测数据，监测其发展趋势，给出预警。传感器频带宽为1～1500MHz，放大器放大倍数为35dB，检测装置灵敏度可达10pC。是一个灵敏度高、抗干扰强、技术先进、安装使用方便的局部放电在线监测系统。适用于110kV及以上电压等级XLPE电缆的在线监测，能及时预报电缆终端及接头的绝缘劣化程度，防止超高压电缆的突发性事故，并可为电力电缆状态检修提供科学的数据依据（状态检修是电力系统未来发展趋势）。再有国网武汉高压研究院与北京电力公司、华中科技大学研制的电缆线路运行温度在线检测技术为当前及时发现电缆线路的局部过热点位置、检测运行线路的绝缘状态、计算导体载流量的首选技术措施。为此基于光频域反射OFDR测温法和TCP/IP通讯协议，提出分布式光纤连续在线检测长距离电力电缆线路表面温度方法和技术，有效地克服了基于光时域反射OTDR测温法的光纤测温技术中存在的不足，提高了检测温度的速度。在整个测量过程中检测的背光信号都是频率函数的复数形式，然后进行快速傅立叶变换(FFT)，其主要优点是激光器产生连续光波、背光信号的窄带检测，有效提高信噪比并在光波导长度方向分辨率达到几毫米，可满足长度为l5km的超高压电力电缆表面温度在线检测的技术要求。其测量温度范围为-30℃～120℃，精度可达±1.5℃，电缆长度分辨率可达1.0m。研究结果表明，基于OFDR测温技术的分布式光纤电力电缆运行温度在线检测装置基本满足1.3电力电缆监测装置及技术经济分析从以上几个国内开发的在线电力电缆监测装置分析：火电厂开发的电缆温度在线监测系统与华北电力大学开发的高压交联聚乙烯（XLPE）电缆局部放电在线检测系统，都是采用外接传感器的方式对电缆进行在线监测；火电厂开发的电缆温度在线监测系统与国网武汉高压研究院与北京电力公司、华中科技大学研制的电力电缆线路运行温度在线检测技术系统，都是采用检测电力电缆线路表面温度的方法对电缆进行在线监测。两者有相同的部分，也有不同的部分，但都运用了微电子技术和计算机软件技术。从技术经济和科技含量上分析：华北电力大学开发的高压交联聚乙烯（XLPE）电缆局部放电在线检测系统与国网武汉高压研究院与北京电力公司、华中科技大学研制的电力电缆线路运行温度在线检测技术系统，采用了高性能的、高科技的、高精度的微电子技术措施和计算机软件手段，目前在国内的电力电缆线路在线监测与检测方面，处于领先地位。而针对火电厂开发的电缆温度在线监测系统，其实用价值高，并已取得很好的经济效益和社会效益，市场前景可观。2电缆故障的分类2.1从检测手段上分类低阻和死接地故障、短路和断路故障，用摇表或万用表直接测量，无需高压设备便可完成电缆故障性质确定；高阻和闪络故障，用脉冲反射仪配合高压设备对电缆进行故障性质确定和预定位；外护套故障，采用专门的电缆故障外护套定位设备对电缆进行故障性质确定和预定位。2.2从故障产生原因上分类外力破坏故障：安装时损伤、其它施工时外力破坏和自然灾害；接头故障：接头生产质量和接头制作不良；本体故障：绝缘生产缺陷、绝缘老化和绝缘受潮；外护套故障：敷设安装导致和电缆保护层受到腐蚀。2.3如何区分两种高阻故障当对高阻故障进行直流耐压试验时，提高试验电压，电缆的泄漏电流变化不大，当电压升高到某个值时故障点击穿，泄漏电流突然增大，多次重复试验得到的击穿电压基本相同，称为可击穿的高阻故障。用二次脉冲法或三次脉冲法配合冲击放电法可以迅速准确的定位故障点的位置。在进行直流耐压试验过程中，泄漏电流很大且与试验电压基本同步上升，始终不出现电流突变现象，称为不可击穿的高阻故障。这种故障绝大部分是由于电缆主绝缘层进水受潮引起，主要有以下几种原因：电缆中间头或终端头质量缺陷或施工工艺不规范，导致密封不良或密封失效；电缆本体制造缺陷，外护层有孔洞或裂纹；电缆外护套被外力破坏或被腐蚀穿孔。电缆故障定位及修复流程如下：3电缆的常见故障及处理架空入户电力电缆一般长度为几十到几百米。室外终端故障占故障总数的5O%以上；室内终端故障占故障总数的30%左右；外力破坏故障占到故障总数的15%左右；其他故障占到故障总数的5%左右。而电力电缆（非架空）直配用户的电缆一般较长有几公里到几十公里，据统计分析，终端故障约占故障总数的50%，其中接头与终端头故障约占终端故障的73％，其它故障约占27%。线路故障约占故障总数的50%，其中外力破坏约87%，其他故障约占13％。3.1电缆故障产生的几种原因3.1.1电缆接头故障在电力电缆线路中，电缆接头与终端头故障较多。其主要原因是在电缆接头与终端头的切割制作过程中操作不当，或是接管压接不实或不符合工艺标准要求，遇大负荷时接管发热，导致绝缘程度降低或热击穿。3.1.2人为机械损伤故障此种故障有两种：一是由于电缆安装时不小心而造成的机械损伤；二是在靠近电缆线路或线路上方有单位作业而造成的机械损伤。若是电缆轻微损伤，少则几个月多则几年，受伤部位的潮气侵入，绝缘程度降低而引起。3.1.3电缆外皮（外护套）腐蚀故障此种腐蚀有两种：一是酸碱地带和煤气、液化气的苯蒸汽使得电缆铠装和铅皮长时间被腐蚀，也称化学腐蚀；二是附近有强磁电场感应，导致电缆外皮铠装和铅皮腐蚀击穿，也称电腐蚀。若是电缆轻微腐蚀，少则几个月多则几年，受伤部位的潮气侵入，绝缘程度降低而引起。3.1.4冻害地陷下沉故障在东北某些地区冬季，地质含水量较大，电缆埋深不够，冻害引起地面凸凹、裂纹，夏季地质塌陷下沉等，致使电缆垂直受力变形，铠装或铅皮破裂甚至折断，故障显现。若是电缆轻微损伤，少则几个月多则几年，受伤部位的潮气侵入，绝缘程度降低而引起。3.1.5长期过载运行故障电缆敷设时有余量，尽量不超负荷运行。若超载运行，电缆温度升高，尤其是炎热的夏季（严寒的冬季），电缆的升温常会导致电缆的薄弱处和接头处被击穿。3.1.6其它情况故障在电缆敷设过程中，经常要雇佣临时工（力工），这些人不懂技术，胡干蛮干，倘若管理不当，会给以后的工作留下许多隐患。再有就是阴雨天，气候潮湿条件下做电缆接头，容易出现故障。3.2电力电缆故障检测3.2.1检测设备电缆故障测试仪：完成各种故障的简单测试。由于国内外生产厂家不同，所生产的仪器智能化精确程度差异也较大。陕西联达电器有限责任公司生产的LD-613电缆故障测试仪是根据不同用户需求生产的一款极为便携、配笔记本电脑测试的一款系列化电缆故障测试产品之一。该系统由笔记本电脑、测试系统主机和故障定位仪三部分组成，用于电力电缆各类故障的测试，电缆路径、电缆埋设深度的寻测和电缆档案资料的日常维护管理。武汉长征兴仪电气有限公司生产的电缆故障测试仪由CDG-2电缆故障测试仪主机、CDG-D电缆故障定位仪、CDG-L电缆路径仪三个主要部分组成。还有许多厂家也生产该产品，性能也基本相同。现在国内用的较多的是德国塞堡哈克检测设备技术有限公司（简称德国SebaKMT公司）的电缆测试和故障定位设备，它的性价比较高。交直流试验变压器：因故障测试时需施加于电缆的电压是直流高压，选用的变压器提供不小于50kV的直流电压，功率3kVA或6kVA等。脉冲蓄能电容器：能够满足瞬时反复冲放电，冲放电性能好，一般选用40kV/2uF的电容2个，根据现场需求可以串联或并联使用。微型刻度球隙：调节球间隙大小，控制施加于电缆上电压的高低和放电间隙的长短，配合完成故障点的粗测。使用原则为间隙从小到大，放电时间3~5秒。还有绝缘电阻测试仪，用于检测故障绝缘损伤程度，判断故障的性质。3.2.2检测手段架空入户电力电缆故障，寻找起来比较简单，一般不需要使用专用电力电缆测寻仪器，只要使用交流高电压及球间隙对故障点进行放电，用定点仪按照室外终端--室内终端--线路的测寻顺序，测寻故障点放电声，则一般很快即可找到故障点。值得注意的是，在测寻室内终端故障时，由于故障点放电声与球间隙放电声同步，如果球间隙放在测试端则将区分不出故障点放电声，无法找到故障点。因此，放电球间隙应放到室外终端上去。电力电缆直配用户的电缆故障，由于电缆线路较长，一般需借助专用电力电缆故障测寻仪器。对于高阻和闪络性故障的测寻是闪测仪的特长，尤以直闪法最准确，波形最直观。电阻冲闪法次之。但两者均有局限性，主要是对故障点施加的电压高低和能量上不去；故障点放电不清晰，对于一些类型故障如电力电缆受潮等，故障点没有清晰的反射波，无法测出故障距离。电感冲闪法，以其高电压、大容量作用于故障点，故障点放电清晰完全，故障点反射波彻底。但反射波形表现比较复杂，故障反射波叠加在衰减余弦波形上，需要测量者有一定的经验才能够甄别故障波形，难度较大。3.2.3检测办法由于电缆线路较长，一般需借助专用电力电缆故障测寻仪器查找故障。在低阻和断线故障，采用脉冲反射法和电桥法测寻。特别是脉冲反射法快捷、简便和准确。对于高阻和闪络性故障的测寻是闪测仪的特长，尤以直闪法最准确，波形最直观。电阻冲闪法欠之。但两者均有局限性，主要是对故障点施加的电压高低和能量上不去；故障点放电不清晰，对于一些类型故障如电力电缆受潮等，故障点没有清晰的反射波，无法测出故障距离。电感冲闪法，以其高电压、大容量作用于故障点，故障点放电清晰完全，故障点反射波彻底。但反射波形表现比较复杂，故障反射波叠加在衰减余弦波形上，需要测量者有一定的经验才能够甄别故障波形，难度较大。根据实践经验，建议电力电缆故障测寻在推荐低阻和断线故障采用脉冲法测量。高阻和闪络性故障应首选闪测仪的直闪法，然后是电阻冲闪法，如还解决不了问题，再选择电感冲闪法。一般经过仪器测出故障距离，沿电缆敷设路径测出故障点的大致长度，使用直流高压和球间隙对故障点进行放电，用定点仪测寻故障点放电声，即可准确定位故障点。3.2.4实施办法对电缆受潮的处理，电缆主绝缘层进水受潮时，由于故障点放电面积大，能量不集中，不能出现明显的放电电弧，所以用二次脉冲法或三次脉冲法不能得到有效的故障波形。对于这种故障，在进行故障定位时要先对电缆进行烧弧。烧弧就是用测试设备给故障电缆施加一个高压直流电压，由于泄漏电流绝大部分都集中在故障点，故障点处由于电流的热效应会产生较高的温度，电缆绝缘层内的水分在高温的作用下汽化膨胀，从电缆破损处排出电缆，绝缘层内水分构成的放电通道被打断，出现放电间隙。在烧弧过程中要随时注意调节烧弧电流大小，在保证烧弧效果的同时，尽量避免对电缆其它部位的主绝缘造成损伤。当故障点的水分充分排出后，不能击穿的高阻故障就已经转化为能够击穿的高阻故障，故障点的耐压也可以有较大的提高，能够出现强烈的放电电弧。这样用二次脉冲法或三次脉冲法配合冲击放电就可以迅速准确的定位故障点的位置。在电力电缆线路中，电缆接头与终端头故障约占全部故障率的三分之一左右。在电缆线路出现故障时，应首先考虑是否电缆接头与终端头故障，如果不是接头与终端头故障，电缆中间出现故障，基本也比照接头故障处理办法处理。再有，在处理电缆接头与终端头的切割制作过程中，一是刀口不宜过深，必须把握适当的力度，不留任何刀痕和毛刺，确保切剥和制作工艺质量；二是电缆接头与终端头的绝缘好坏，取决于工艺水平。老方法采取热缩材料，并取决于热缩材料和收缩加热温度，为保证收缩均匀，应根据火焰的大小，缓慢在其周围有规律地移动，并适当保持一定的距离控制温度（一般为110~120℃），防止烤焦和过份收缩,使热缩管产生裂纹。收缩好的绝缘管壁应光滑无褶皱，能清晰看到内部轮廓。新方法普遍采用优质硅橡胶装配、预制及冷缩接头等新工艺。电缆接头有两种，一种是装配式电缆接头（日本厂家、韩国厂家、长沙电缆附件厂终端、沈阳古河中间接头）、预制式电缆接头（欧洲厂家、美国厂家、沈阳户外终端）。装配式电缆接头电缆接头对绝缘外径（外径误差在0.5mm以内）、绝缘表面平整度要求较高（所用砂纸要求一般不低于600#）、对尺寸要求也比较严格（尺寸要求误差在1mm以内）。相比较而言预制式电缆接头技术比较先进，对绝缘外径（EPDM型应力锥外径允许变