王玉妍
摘要:隨著電力行業(yè)和科技水平的快速發(fā)展,從電力電纜故障現(xiàn)狀出發(fā),對當(dāng)前常見的電纜故障定位方法原理以及優(yōu)缺點進行了剖析,主要包括阻抗法、行波法、聲測法、聲磁同步法等,最后對電纜故障定位方法的發(fā)展趨勢進行了展望。
關(guān)鍵詞:電纜;故障定位;重合閘;阻抗法
引言
我國城市化進程在不斷加快,土地資源越來越緊缺,因此架空線路轉(zhuǎn)變成電纜的趨勢逐年加快,使得電纜在城市內(nèi)110kV及以下電壓等級輸電應(yīng)用中愈加廣泛。隨著城市的發(fā)展,對電力需求不斷上升,已運行的電纜往往超負荷運行,加上電纜隨著運行年限加長的自然老化過程,以及外力破壞等因素,電力電纜故障率逐年上升。電纜故障后一般不允許重合閘,如果不能快速準確地判斷故障點所在位置,將極大地加劇巡檢工作量,并引起長時間停電事故,造成嚴重經(jīng)濟損失,與此同時也給生活及生產(chǎn)帶來不便,快速精準地診斷電纜故障對于及時排查故障并恢復(fù)供電具有重要意義,因此有必要對電纜故障定位方法進行深入研究。
1電力電纜故障原因
1.1施工故障
不科學(xué)的安裝以及施工是引起高壓電力電纜故障的主要原因。敷設(shè)電纜時,若施工人員不根據(jù)規(guī)范開展施工作業(yè),就有可能會對高壓電力電纜使用壽命造成影響。此類故障的相關(guān)表現(xiàn)主要體現(xiàn)在如下4個方面。第一,電力電纜表面存在破損的情況。施工人員在操作過程中的失誤與錯誤等,均會讓電力電纜表面出現(xiàn)破損,水流入電纜中內(nèi),進而形成安全隱患。第二,連接管接觸不良。就需要長距離施工的電力電纜而言,若施工人員未正確處理兩個電纜間的導(dǎo)體連接管,除了會引起接觸不良的故障外,還會引起毛刺以及尖角的情況。第三,未嚴格密封中間接頭。施工人員在敷設(shè)電纜的過程中,若電纜中間接頭存在密封性不強的情況,當(dāng)電纜處在潮濕環(huán)境中時,水分就會由接頭處進入,進而影響電纜絕緣性。第四,電纜接頭設(shè)置不合理。導(dǎo)致此問題的原因主要在于施工人員未根據(jù)設(shè)計方面對電纜予以敷設(shè),如電纜周圍存在多個接頭,導(dǎo)致電纜運行安全性與穩(wěn)定性下降。
1.2超負荷運行
現(xiàn)階段,用電量越來越高,電纜長期處于超負荷運行狀態(tài)。同時,電纜在正常運行時暴露在空氣中,尤其是高溫環(huán)境,超負荷運行會造成電纜溫度較高,對電纜的使用壽命造成影響,加快電纜老化速度,影響絕緣性,同時也很容易發(fā)生擊穿事故。
1.3電纜質(zhì)量問題
電纜質(zhì)量問題也是引起電纜故障的主要原因之一,其中較為常見的狀況為質(zhì)量問題導(dǎo)致的電纜進水,這是電纜本體質(zhì)量問題造成絕緣事故的主要原因。要想對此問題予以有效的解決,需要在展開農(nóng)網(wǎng)改造中,借助新型的交聯(lián)電纜對油紙絕緣電纜進行更換。由于當(dāng)前國內(nèi)有很多生產(chǎn)電纜的廠家,同時質(zhì)量各不相同,因此應(yīng)大力控制電纜質(zhì)量。在生產(chǎn)電纜中,針對絕緣屏蔽層表面和加工環(huán)境的處理,均應(yīng)加大控制力度。
2電纜故障定位方法
2.1阻抗法
使用阻抗法進行故障定位的前提是線路參數(shù)已知,并且測量點與故障點之間的阻抗可以測量或計算,并且電纜線路的參數(shù)必須均勻分布。在此前提下,故障距離的確定可以通過特定的方程計算而出。電橋法是阻抗法的一種,在電纜故障定位技術(shù)發(fā)展初期應(yīng)用最多的即是電橋法。采用電橋法進行故障定位時,忽略電纜線路的分布參數(shù)影響將電纜當(dāng)作集中參數(shù)進行處理,因此在相同時刻下,電纜任何一點的電流大小相等,且不存在相位偏差,電纜的本體電阻與電纜長度呈正比關(guān)系。進行故障定位前,應(yīng)將故障相一端與非故障相一端相連,電橋兩臂分別接在故障相與非故障相的另一端,然后調(diào)節(jié)電橋上的變阻器使得電橋平衡,電橋平衡時電流計指針為0。電橋平衡后利用簡單分壓關(guān)系和已知電纜長度即可求出故障點與觀測點的距離。對于低阻類型電纜擊穿,一般用低壓電橋,而對于斷線擊穿,則采用電容電橋。電橋法測量結(jié)果準確,但需要完好的非故障相作為測量回路,此外,試驗電壓不能過高。電橋法故障定位原理簡單,測量精度較高,但只適用幾種特定類型的故障,對于高阻故障,電橋法失效。由于施加電壓較低,在高阻故障下,電橋中流過的電流很小,對電流計的測量精度提出了很高的要求,當(dāng)精度不夠時則容易造成定位不準。此外,使用電橋法需要提前獲知電纜的詳細參數(shù),這對于工程實踐來說往往具有較高的難度,因此隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展,電橋法逐漸在電纜故障診斷中淡出了舞臺。
2.2行波法
行波定位法在架空線路故障診斷中應(yīng)用廣泛,定位精度高,且響應(yīng)及時,可以快速定位故障點。行波法在電纜中的應(yīng)用首先是以低壓脈沖法出現(xiàn)的,該方法基于電磁脈沖折返射原理,當(dāng)人為向故障電纜中注入高頻電流脈沖時,前行的電流脈沖在遇到故障點時會產(chǎn)生反射,通過記錄起始脈沖與反射脈沖的時間差,并利用單端行波定位即可實現(xiàn)故障點的精確定位。最新的低壓脈沖法已不需要監(jiān)測記錄的波形主波與反射波來判斷時間差,而是通過儀器自動計算,大幅提升了診斷效率,但這種方法也存在著缺陷與不足,如脈沖電壓幅值較低,當(dāng)遇到高阻故障時,反射波微弱以至于無法識別。脈沖電流法彌補了低壓脈沖法難以定位高阻故障的缺陷。該方法需要對故障電纜施加高壓,使得故障點發(fā)生擊穿,產(chǎn)生脈沖電流,然后用高性能監(jiān)測終端監(jiān)測并提取故障行波信號,根據(jù)行波定位法即可確定故障點所在位置。這種方法大部分場合下可靠性較高,但也存在一定的盲區(qū),且有時故障閃絡(luò)波形復(fù)雜,加大了識別難度,嚴重時造成定位失敗。在行波定位法的基礎(chǔ)上,20世紀90年代衍生了一種被稱作二次脈沖法的定位方法,該方法首先發(fā)送一個低壓脈沖進行電纜長度的測量與校核,得到精確全長后,進一步發(fā)送一個高壓脈沖使得故障點發(fā)生擊穿,然后再發(fā)送一個低壓測試脈沖,即可在被擊穿的故障點處形成反射。該方法對于大多數(shù)類型電纜故障是適用的,安全性高且精度較為理想,缺點是故障點維持低阻狀態(tài)時長無法確定,當(dāng)電纜受潮嚴重,使得擊穿時間增加時,則容易增大定位誤差。
2.3聲測法
聲測法是一種精確定位方法,其通過探聽電纜故障點產(chǎn)生的聲音進行精確定位,由于聲波在介質(zhì)或空氣中傳播時衰減極快,通過聲音信號即可判定故障點是否在被測點附近。如果電纜敷設(shè)較淺或者護層已被破壞,對外會產(chǎn)生較為強烈的放電聲音,無需借助外在儀器即可聽到放電聲音;反之,如果電纜護層未被燒穿,放電聲音很小,則需要高精度的聲音接收儀器,通過測量微弱振動信號并進行轉(zhuǎn)換以及放大后才能變成可聽聲音。聲測法儀器結(jié)構(gòu)及原理簡單,價格相對低廉,定位精度高,缺點是容易受噪音干擾,當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境噪聲較大時可能無法利用該方法進行故障診斷。
結(jié)語
目前電纜故障診斷技術(shù)已多樣化,為電纜故障的快速排查提供了有力的解決手段,然而對于電纜故障的預(yù)防及預(yù)警尚缺少有效手段,相關(guān)研究工作尚處于摸索階段,需進一步加深研究,從而在根本上避免故障的發(fā)生。
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