蔣再新 張海利 崔海婷 唐恒軼
(1.廣西欽州供電局,廣西 欽州535000;2.國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司,寧夏 銀川750004;3.國電懷安熱電有限公司,河北 張家口076150)
在電網(wǎng)建設(shè)中,電力電纜與各種電氣設(shè)備相連,起著輸配電能的重要作用。與架空線路相比,電力電纜由于敷設(shè)于地表之下,不受地面建筑及市容建設(shè)的限制,被廣泛應(yīng)用于城市電網(wǎng)建設(shè)中。與此同時,其高隱蔽性也極大地增加了對其故障查找與維修的難度,這對電網(wǎng)的安全運行提出了挑戰(zhàn)。因此,對電力電纜的故障進(jìn)行分析,找出故障點并制定故障處理對策,已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)的一項重要而緊迫的工作。
從結(jié)構(gòu)上來說,高壓電力電纜從外層到內(nèi)層依次是聚氯乙烯或聚乙烯護(hù)套、皺紋鋁護(hù)套、縱向阻水緩沖層、絕緣屏蔽、交聯(lián)聚乙烯絕緣、導(dǎo)體屏蔽和分割結(jié)構(gòu)銅導(dǎo)體,中低壓電力電纜從外層到內(nèi)層依次是外護(hù)套、鋼帶鎧裝、內(nèi)護(hù)套、包帶、填充、銅帶屏蔽、絕緣屏蔽、絕緣、導(dǎo)體屏蔽和導(dǎo)體。以上各部位在從生產(chǎn)到安裝使用的各環(huán)節(jié)均會因為外界和自身原因受到損壞,使電力系統(tǒng)不能安全運行。
電纜的絕緣層、保護(hù)層和附件等各部位都會發(fā)生損壞,而各部位的故障絕大部分都會最終作用于絕緣層,導(dǎo)致絕緣出現(xiàn)損壞、老化等問題,從而造成絕緣泄漏或擊穿。導(dǎo)致絕緣出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)主要有:(1)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前,我國各地生產(chǎn)電纜的企業(yè)數(shù)不勝數(shù),但并不是每一個企業(yè)都能生產(chǎn)出質(zhì)量可靠的電纜。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)隱患的原因主要有:金屬保護(hù)層不嚴(yán)密,介質(zhì)不均勻,有孔隙和裂紋;絕緣部位材質(zhì)不達(dá)標(biāo)、局部孔洞超標(biāo);中間接頭和終端接頭制作沒有達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求,接頭封裝物填充不當(dāng)導(dǎo)致在安裝時不能完全密封;交聯(lián)聚乙烯絕緣層不純凈、雜質(zhì)含量過多,使其性能不穩(wěn)定等。(2)敷設(shè)安裝環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題主要是由于人為因素,安裝人員的責(zé)任心缺失和工作技能欠佳是絕緣出現(xiàn)問題的主要原因。近年來,地下施工有許多種,熱力管線、自來水管線、網(wǎng)絡(luò)光纖通道、煤氣、排污等等都會與電纜的敷設(shè)形成交叉,如果敷設(shè)人員不能在事前取得相關(guān)許可和資質(zhì),不了解所經(jīng)過地段的地下情況,就會給施工帶來困難,比如過度拉伸或者過度彎曲使絕緣受損。另外,施工人員也可能在削剝屏蔽層和保護(hù)套時沒有完好地打磨而留下毛刺,或沒有清除絕緣部位的塵粒,這些都是日后絕緣受損的原因。(3)使用環(huán)節(jié)。在電纜長期使用運行階段,電纜的絕緣部位可能受到各種各樣的破壞。其中最主要的原因是外力作用,其占到50%以上,具體包括:電纜埋設(shè)沒有達(dá)到規(guī)定深度,路面上往來車輛擠壓造成損傷;其他地下管線施工造成誤傷;鐵路、公路、橋梁使地面下沉損壞電纜;長期超負(fù)荷輸配電使電纜過熱及電纜內(nèi)部孔隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱;自然界中的水、酸、堿等長期腐蝕侵害;白蟻、蟲、鼠等對電纜的啃食與破壞。
一般來說,電纜故障可以分為低阻故障和高阻故障2種類型:(1)低阻故障。電纜故障點絕緣電阻下降至該電纜的特性阻抗,甚至電流電阻為0。1)開(斷)路故障。開路又叫斷路,即電路中某一處因斷開而使電阻過大,電流無法正常通過,導(dǎo)致電路中的電流為0,是屬于電纜一相或數(shù)相導(dǎo)體斷開從而不連續(xù)的一種故障。2)短路(接地)故障。即導(dǎo)體與大地意外連接,電纜一相或多相導(dǎo)體對地或異物之間的絕緣發(fā)生貫穿性故障。(2)高阻故障。電纜故障點的直流電阻大于該電纜的特性阻抗。1)泄漏故障,是指電纜的絕緣層被損壞,使電流可以通過。2)閃絡(luò)性故障,是電纜未形成固定泄漏通道的故障,電纜的泄漏電流值會突然增大,超過被測電纜所要求的數(shù)值。
電纜故障排查過程中,首先需要通過試驗確定故障類型與性質(zhì)。一般來說,試驗結(jié)果與故障之間的關(guān)系如表1所示。
表1 試驗結(jié)果與電纜故障診斷的關(guān)系
(1)電橋法。該方法包含電阻電橋法、電容電橋法和高壓電橋法。其中,電阻電橋法是一個使用了幾十年的傳統(tǒng)方法,針對短路故障及低阻故障的檢測十分有效。電容電橋法適用于電纜開(斷)路故障。針對前兩者不適用于高阻定位的局限,高壓電橋法可適用于高阻電纜擊穿事故的檢測。(2)低壓脈沖法。此種方法適用于低阻故障,包括開路和短路。應(yīng)用雷達(dá)測距原理觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖,依據(jù)測出的電波傳輸時間差來計算故障點的距離。如果發(fā)射脈沖和反射脈沖相同,表明故障為斷路,如果相反,表明故障屬于短路接地或低阻故障。此種方法可彌補電橋法不適用于三相全壞的情況,但不能檢測高阻和閃絡(luò)性故障。(3)高壓閃絡(luò)法。高壓閃絡(luò)法可檢測出高阻故障,彌補低壓脈沖法的不足。其中,直流高壓閃絡(luò)法適合于閃絡(luò)性故障的擊穿檢測,當(dāng)電纜上電壓較小、故障點不能形成閃絡(luò)時,則運用沖擊高壓閃絡(luò)法。二(多)次脈沖法也可歸納為高壓閃絡(luò)法,即在電纜上同時施加高壓脈沖和低壓脈沖,比較脈沖在故障點閃絡(luò)處和電纜末端發(fā)生的開路反射的波形以確定故障點,這種方法廣泛應(yīng)用于高阻故障的測試。
(1)聲測法,主要應(yīng)用于高阻與閃絡(luò)性故障,對高壓電纜導(dǎo)體對絕緣層放電的檢測較為有效。其原理是對故障電纜施加足夠的高壓,強(qiáng)迫故障點擊穿放電,放電時會產(chǎn)生聲音,利用耳機(jī)或人耳即可準(zhǔn)確對故障進(jìn)行定點。(2)音頻感應(yīng)法,可對低阻故障進(jìn)行定點,包括兩相短路并接地、三相短路并接地、三相短路;一相或兩相斷線、單相接地則需使用特殊探頭。在定位時用音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流,發(fā)出電磁波,然后在地面上用探頭接收電磁場發(fā)出的信號,經(jīng)放大后送到耳機(jī),從信息的強(qiáng)弱、有無來判斷故障點。(3)聲磁同步法,給被測電纜施加高壓沖擊脈沖,電纜故障點在被高壓擊穿后會產(chǎn)生電磁波和聲波,同時接收這2種波并繪制波形圖,二者重合處即故障點,此法適用于大多數(shù)高低阻故障。
(1)電纜采購招標(biāo)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章進(jìn)行,杜絕未達(dá)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的電纜投入使用。(2)電纜施工時選用培訓(xùn)合格和責(zé)任心強(qiáng)的員工,加大施工前期的勘察工作,合理設(shè)計路徑,施工時明確安全、技術(shù)責(zé)任,層層檢查,段段巡視。(3)施工完畢交付時,要進(jìn)行現(xiàn)場交流耐壓試驗,不以其他驗收形式簡單收工。(4)在電纜投入運行一段時期內(nèi),特別是經(jīng)常出現(xiàn)故障的前5年,要不斷搜集和掌握有關(guān)電纜運行情況的資料,加強(qiáng)維護(hù)工作,確保電纜在長期使用中的低故障率。(5)加強(qiáng)電纜標(biāo)識的設(shè)立,避免意外損傷。(6)合理調(diào)度用電,加強(qiáng)電纜負(fù)荷監(jiān)控,減少電纜的超負(fù)荷運行。
電力電纜由于不受空間、地面建筑及天氣條件的影響而被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)中,但由于其生產(chǎn)、施工和使用等環(huán)節(jié)會出現(xiàn)各種問題,從而影響電纜質(zhì)量,而絕大多數(shù)質(zhì)量問題最終都會作用到電纜的絕緣層,引起絕緣老化、損壞,導(dǎo)致?lián)舸┗蛐孤┈F(xiàn)象,進(jìn)而影響到電網(wǎng)的安全輸電,因此,必須充分掌握電纜故障類型,及對電纜故障進(jìn)行判斷、查找和預(yù)防,以最大限度地減少電纜故障,保證供電的安全可靠,減少經(jīng)濟(jì)損失。
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