馬廣俊 邵志宏 陳勝強(qiáng)
摘 要:隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和城市建設(shè)的需求,越來越多的架空線路改造為電力電纜線路,由于電纜多埋藏于地下或電纜坑道內(nèi),電力電纜發(fā)生接地短路以及斷路等故障后不易查找到故障點,從而增加了故障處理的難度,對用戶的用電造成影響,針對電力電纜故障本文從電纜的構(gòu)成和電纜故障的特點性質(zhì)入手,總結(jié)出一些電力電纜故障的診斷方法。
關(guān)鍵詞:電力電纜;敷設(shè) ;故障;診斷方法
一、電力電纜的基本結(jié)構(gòu)和規(guī)格
電力電纜主要由:導(dǎo)體、絕緣層、保護(hù)層構(gòu)成,俗稱為電纜的三要素。
1、導(dǎo)體由銅或鋁材質(zhì)制作而成,銅的電阻系數(shù)為0.0184,比重為8.9。鋁的電阻系數(shù)為0.031,比重2.7。由此可以看出銅芯電纜的導(dǎo)電性能明顯優(yōu)于鋁芯電纜,相同截面的電纜,銅芯電纜的載流量要比鋁芯電纜高0.3倍。我國規(guī)定的線芯截面有2.5、4、6、16、50、70、95、120、300、400、500、800、1000mm2等等20多種規(guī)格。按照線芯數(shù)量與形狀又分為單芯、兩芯、三芯、四芯、五芯等五種,并根據(jù)線芯的數(shù)量,將導(dǎo)線壓成圓形、半圓形、扇形等形狀;小截面實芯(即獨(dú)股)、大截面多股絞合等。
2、絕緣層根據(jù)采用的絕緣材質(zhì)分為:油浸紙絕緣、橡膠絕緣、聚氯乙烯絕緣、聚乙烯絕緣、交聯(lián)聚乙烯等五種。油浸紙絕緣電纜存在怕水的缺點,需要做金屬防水層,除500kV及以上超高壓充油電纜外,基本被交聯(lián)電纜所取代。乙丙橡膠電纜目前最高使用電壓已達(dá)150k∨。聚氯乙烯絕緣電纜存在介損大,含有氯,運(yùn)行溫度較低,一般只用于6k及以下電壓等級。聚乙烯絕緣電纜熔融溫度低(70℃),最高工作電壓能夠達(dá)到500kV。交聯(lián)聚乙烯通過化學(xué)或物理方法將聚乙烯分子鏈間相互交聯(lián)。最高運(yùn)行溫度可達(dá)90°℃,短路時導(dǎo)電線芯允許的最高溫度可達(dá)250°℃。極大地提高了電纜的安全載流量和短路容量。其最高工作電壓達(dá)500kV。
3、屏蔽層是一種將電纜中的電磁場與外界的電磁場進(jìn)行隔離的構(gòu)件;有的電纜纜在其內(nèi)部不同相(或線組)之間也需要相互隔離(屏蔽)??梢哉f屏蔽層是一種“電磁隔離屏”。高壓電纜的導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽(內(nèi)外屏蔽)是為了均化電場的分布
4、保護(hù)層是用來保護(hù)電纜免受外界物質(zhì)的侵入和防止外力損傷。組成內(nèi)襯層(或內(nèi)護(hù)套)、鎧裝層和外護(hù)套。其主要材料與電纜的絕緣種類、運(yùn)行電壓、使用環(huán)境有關(guān)。如:紙絕緣電纜須有密封的金屬護(hù)套,而中低壓的橡塑電纜就不需要;埋在地下的電纜需要鎧裝,敷設(shè)在海底的電纜需要鋼絲鎧裝,而敷設(shè)在隧道、排管、電纜溝內(nèi)的電纜又可以不要鎧裝;外護(hù)套是用來保護(hù)鎧裝層或內(nèi)護(hù)套的,一般采用聚氯乙烯或聚乙烯,在需要防火的場所也可做成阻燃型
二、電力電纜敷設(shè)方式和優(yōu)缺點
電力電纜的常用敷設(shè)方式主要有直埋式敷設(shè)、預(yù)制式磚砌電纜溝敷設(shè)、排管電纜溝敷設(shè)、隧道電纜敷設(shè)、非開挖方式電纜敷設(shè)。
1、直埋式敷設(shè)方式一般用于少量臨時性或不十分重要線路的敷設(shè)。電纜直埋一般要求進(jìn)行樣洞開挖,在敷設(shè)路徑每每40-50m挖一樣洞,在轉(zhuǎn)彎處和跨路口處都應(yīng)挖設(shè),以確定電纜路徑的可行性。直埋電纜溝的挖設(shè),一般深度為80cm,寬度為1根電纜40-50cm,2根電纜60cm,電纜條數(shù)增加按比例放寬電纜敷設(shè)后先在上面覆蓋10cm細(xì)土或沙再蓋上電纜保護(hù)板,覆土后應(yīng)在相關(guān)位置埋設(shè)電纜標(biāo)樁。優(yōu)點是鋪設(shè)簡單,缺點是電纜故障查找、修復(fù)困難。
2、預(yù)制或磚砌電纜溝敷設(shè)蓋板搭蓋至少10cm,如無支架,注意電纜間距。
3、排管電纜溝敷設(shè)排管敷設(shè)方式的優(yōu)點:通道利用率高,但需要注意避免相鄰電纜故障影響。其缺點是電纜外護(hù)套故障查找、修復(fù)困難,造價偏高,不易施工。
4、隧道敷設(shè)的優(yōu)點是可敷設(shè)回路數(shù)較多,易于巡檢。缺點是造價高。
5、非開挖方式電纜敷設(shè)不破壞地上設(shè)施,缺點是施工復(fù)雜,電纜故障查找、修復(fù)困難
三、電纜線路故障的診斷方法
電纜故障種類很多,為便于電纜的故障測尋,可分為以下五種類型:接地故障、短路故障、斷線故障、閃絡(luò)性故障(高壓試驗時發(fā)生)、混合性故障。
首先應(yīng)判斷電纜的故障性質(zhì),使用萬用表測量相間的通斷以判斷電纜是否發(fā)生相間短路或者斷路故障。將電纜兩端分別拆頭后,使用萬用表分別測量A、B、C三相之間的電阻,若為零,則萬用表表筆所測的兩相之間發(fā)生了短路;若測量值為無窮大,則說明相間無短路。然后將電纜的一端A、B、C三相短接(不接地),在電纜的另一端使用萬用表測量各相間電阻值,若各相間均為零,則三相完好,若AB為零,BC、CA不為零,則C相斷線,若各相間均不為零,則兩相或三相斷線。最后使用搖表測電纜的絕緣電阻以判定電纜的絕緣是否損壞而接地
判斷出電纜的故障性質(zhì)后,再對電纜故障點進(jìn)行精確查找,在電纜的一端使用專用的設(shè)備來確定測試端點到電纜故障點的電氣距離,常用的方法有電橋法、低壓脈沖法、直閃法、沖閃法、脈沖電流法、二次脈沖法等方法。
1、電橋法
當(dāng)電橋平衡時檢流計中的電流l=0;則Rx=R2×R3/R1
電橋法測量電纜接地和兩相短路故障時:
NM=(2L-L×)/Lx;
則Lx=2LM/(M+N)
使用電橋查找故障時,必須滿足1)故障電纜至少要有一相絕緣良好;2)電纜不能是斷線故障;3)電纜要有準(zhǔn)確的長度。
2、低壓脈沖法
在測試端向電纜中輸人一個低壓脈沖信號,該脈沖信號沿著電纜傳播,當(dāng)遇到電纜中的波阻抗不匹配點時,如:開路點、短路點、低阻故障點和接頭點等,均會產(chǎn)生波反射,反射波傳回測試端,被儀器記錄下來,假設(shè)從儀器發(fā)射脈沖到儀器接受到反射脈沖的時間差為△t,同時如果已知脈沖電磁波在電纜中傳播的速度是v,那么根據(jù)公式L=V△t/2即可計算出阻抗不匹配點距測t端的距離L的數(shù)值。電纜中的脈沖傳播與反射基本曲線,當(dāng)發(fā)生開路斷線時為正反射波形,短路或接地故障時顯示為負(fù)反射波形。
直閃法、沖閃法、脈沖電流法、二次脈沖法均是在電纜故障相上施加一個直流高壓或沖擊高壓信號,使故障點的絕緣瞬時擊穿,利用擊穿放電時的電波來回反射的時間及電波在電纜中的傳播速度,求得故障點距離的方法。
四、故障電纜線路的識別包括電纜路徑的查找和電纜線路的鑒別
1、電纜線路路徑的查找:在待測電纜上加入特定頻率的電流信號,通過接收該電流信號在電纜周圍產(chǎn)生的磁場信號來查找出電纜路徑和識別出被測電纜,常用的方法有音谷法、音峰法、極大值法。
2、電纜線路的鑒別:在幾條并列敷設(shè)的電纜中正確判斷出已停電的需要檢修或切改的電纜線路,常用的方法為脈沖信號法。
總之,在查找電纜故障時,我必須要掌握電纜的結(jié)構(gòu)和故障類型以及故障性質(zhì),明確電纜故障原因,綜合應(yīng)用各種測試方法,才能夠及時迅速地查找到電纜故障和故障點。