1 傳統(tǒng)的電纜故障檢測方法

1.1 測量電阻電橋法

此方法幾十年來幾乎沒有什么變化。對于短路故障、低阻故障,此法測起來甚為方便。電橋法是利用電橋平衡時,對應(yīng)橋臂電阻的乘積相等,而電纜的長度和電阻成正比的原理進行測試的。

1.2 低壓脈沖反射法

低壓脈沖法也稱時域反射法(TDR),指脈沖反射儀在不通過高壓沖擊器的情況下,獨立測量電纜的低阻與斷路故障。

1.3 脈沖電壓取樣法

脈沖電壓取樣法又稱沖擊高壓閃絡(luò)法,是一種用于測量高阻泄漏與閃絡(luò)性故障的測試方法。首先將電纜故障在直流或脈沖高壓信號下?lián)舸?然后通過記錄放電脈沖在測量點與故障點往返一次所需的時間來測距。脈沖電壓法主要有直流高壓閃絡(luò)(直閃法)與沖擊高壓閃絡(luò)(沖閃法)兩種方法。

1.4 電纜故障定點的傳統(tǒng)方法

①聲測法

此方法是利用故障點在高壓沖擊時的擊穿放電聲音進行精確的定位。

②聲磁同步法

在向電纜施加沖擊直流高壓使電纜故障點放電時,會在電纜周圍產(chǎn)生脈沖磁場。在聲測定點時接收到脈沖磁場信號即可認為放電聲音是電纜故障點發(fā)出的。

③音頻感應(yīng)法

此法一般用于檢測低阻故障。其原理是:用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜注入音頻電流,使電纜發(fā)出電磁波,在地面上接收電磁場信號,并放大,再送入耳機或指示儀表,根據(jù)聲響強弱或指示儀表值的大小來確定故障點的位置。

在向電纜施加沖擊直流高壓使電纜故障點放電時,會在電纜周圍產(chǎn)生脈沖磁場。在聲測定點時接收到脈沖磁場信號即可認為放電聲音是電纜故障點發(fā)出的。

③音頻感應(yīng)法

此法一般用于檢測低阻故障。其原理是:用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜注入音頻電流,使電纜發(fā)出電磁波,在地面上接收電磁場信號,并放大,再送入耳機或指示儀表,根據(jù)聲響強弱或指示儀表值的大小來確定故障點的位置。

2 目前電纜故障檢測的新方法

2.1 電纜故障測距的方法

①實時專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)就是一個具有智能特點的計算機程序,它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復(fù)雜問題。因此,專家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R,擁有類似人類專家思維的推理能力,并能用這些知識來解決實際問題。

②利用因果網(wǎng)對電力系統(tǒng)故障定位。

因果網(wǎng)絡(luò)中有4類節(jié)點狀態(tài)、征兆、假設(shè)、起始原因。狀態(tài)節(jié)點是表達領(lǐng)域中某部分或某功能的狀態(tài),如斷路器跳閘;征兆節(jié)點是表達狀態(tài)節(jié)點的征兆,如斷路器跳閘的征兆是保護動作:假設(shè)節(jié)點是表達研究系統(tǒng)的診斷假設(shè),如發(fā)生線路故障的假設(shè);起始原因節(jié)點是表達引起故障的最初原因。各類節(jié)點之間可形成對應(yīng)的基本關(guān)系。

③小波變換應(yīng)用在電纜故障測距中

小波分析是幾個學科共同發(fā)展的結(jié)晶,這幾個學科是數(shù)學、信號處理以及計算機視覺。小波分析在數(shù)學上是用小波的原型函數(shù)來實現(xiàn)的,其中原型函數(shù)可以看成是帶通濾波器,因此小波分析也可以通過濾波器來實現(xiàn),其關(guān)鍵是尋求具有恒定相對帶寬的濾波器組,而這正是信號處理中濾波器組理論的核心內(nèi)容。

2.2 電纜故障定點的新方法

①人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是以計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計算系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的每個結(jié)點相當于一個神經(jīng)元,經(jīng)可以記憶(存儲)、處理一定的信息,并與其他結(jié)點并行工作。求解一個問題是向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)點輸入信息,各結(jié)點處理后向其它結(jié)點輸出,其它結(jié)點接受并處理后再輸出,直到整個神經(jīng)網(wǎng)工作完畢,輸出最后結(jié)果。

②GPS(全球定位系統(tǒng))行波故障定位

傳統(tǒng)的高壓輸電線路故障定位主要基于阻抗算法,這種算法對于高阻接地、多端電源線路、直流輸電線路等情況存在明顯的不適應(yīng),通常在實用中其故障定位精度<3%～5%,這對于長線路(>100km)難以滿足尋線要求。

③分布式光纖溫度傳感器(FODT)

光纖傳感的基本原理是,當光在光纖中傳輸時,光的特性(如振幅,相位,偏振態(tài)等)將隨檢測對象的變化而變化。

因此,光從光纖中射出時,光的特性己得到了調(diào)制。通過對調(diào)制光的檢測,便能感知外界的信息。

3電纜故障檢測實例

3.1現(xiàn)場開關(guān)跳閘、接地短路故障處理通過測量電纜對地絕緣電阻為5kΩ。用電纜故障檢測儀采集的波形如圖1所示。

由圖1可知,此處電源進線電纜全長1138m,高壓脈沖測試波形顯示故障點在距配電端323m處,粗測距離后,用定點儀精確定位,果然在附近找到故障點。原因是,距此處5m有一污水井,故障點絕緣損壞進水造成短路并斷線。

3.2 高阻故障的處理

有一根全長為120m的電纜,判斷為高阻故障,高壓脈沖采集波形顯示故障點在80m處,經(jīng)過處理分析原來是電纜被支架碰破外皮,溝內(nèi)潮濕,長時間后造成絕緣破壞,短路接地放電。

3.3 電纜存在兩個故障點的故障處理

某大樓電源進線為低壓聚氯乙烯電纜,全長130m多,故障相對地絕緣電阻為80Ω,用低壓脈沖采集波形后,分析波形在距始端較近處。用高壓脈沖測試,波形不理想,不能斷定其具體位置。

探明路徑后,用定點儀循路徑檢測,在距始端30m處,聲測法聽到較強的放電聲,挖開后電纜外皮及鋼甲在此處銹蝕斷裂,但主絕緣未遭破壞,處理好鋼甲后,電纜絕緣仍很低,隨后繼續(xù)查找,用定點儀在距鋼甲斷裂5m處聽到較弱的放電聲,挖開電纜,發(fā)現(xiàn)三相已斷開,短路接地。象這種有兩個以上的故障點的電纜查找起來比較麻煩。

3.4 故障點放電不充分事故的處理

有的電纜在用低壓脈沖定點后,用高壓脈沖法在故障點周圍卻聽不到放電聲,如某分廠的電源電纜,相間絕緣電阻都為零,相對地47Ω,屬三相短路并接地。用低壓脈沖法測故障在276m處,但聲測法卻聽不到,這種情況應(yīng)該用音頻電流感應(yīng)法,即在另端用路徑儀發(fā)生音頻振蕩信號,用接收器耳機來接收音頻信號,在距發(fā)射端57m處音頻信號中斷,和用低壓脈沖法在另端測試的276m距離基本吻合。

挖開地面后,發(fā)現(xiàn)故障點就在此處,電纜被一蒸氣管道井的漏蒸氣長期高溫熏烤而致絕緣損壞。這種情況不能采用聲測法的原因是故障點大面積受潮或故障點大面積放電,由于放電爬距過長,能量不集中,電弧不足以使故障點形成瞬間短路導致的,這是故障點放電不充分的表現(xiàn)。

4 預(yù)防電纜故障的技術(shù)措施

4.1 選擇合適的電纜類型

油紙絕緣電纜的制造技術(shù)比較成熟,成本低,工作壽命長,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,但絕緣油容易流淌,在高落差敷設(shè)時,絕緣內(nèi)的絕緣油由高處流向低處,使高處的電纜絕緣干枯,造成絕緣強度降低,低處由于油壓增

加,發(fā)生鉛包龜裂從而引起故障。

而交聯(lián)聚乙烯電纜不僅允許溫升比油紙絕緣電纜的高,其工作允許場強也比油紙絕緣電纜的高,而且其敷設(shè)不受高落差限制,相同截面的電纜,交聯(lián)聚乙烯電纜要比油紙絕緣電纜的允許長期載流量高出一檔,目前我公司已將大部分油紙絕緣電纜更換為交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜,既解決了高落差引發(fā)的故障,又擴大了電纜的輸送容量。

4.2 改進電纜終端制作工藝

早期油紙電纜終端大多數(shù)使用鑄鐵電纜終端,這種電纜終端經(jīng)常容易漏油損壞,而環(huán)氧樹脂電纜終端具有較高的機械強度和耐壓強度、吸水率低、化學性能穩(wěn)定、與金屬粘結(jié)力強、密封性能好,采用這種電纜終端,基本上可解決電纜漏油等問題,提高電纜的絕緣性能。

4.3 選擇電纜通道應(yīng)避免因腐蝕引起電纜故障

電纜的周圍環(huán)境不良,附近土壤中含有酸、堿溶液,氯化物等化學物質(zhì),會使電纜受到腐蝕,鄰近化工廠地區(qū)因地下水的污染,也會使電纜產(chǎn)生化學腐蝕,所以在選擇電纜通道時,應(yīng)詳細調(diào)查或詢問有關(guān)的地質(zhì)污染情況,特別在化工區(qū),電纜通道選擇應(yīng)慎重并采取有效的防污染措施。

4.4 監(jiān)視負荷電流,預(yù)防過負荷產(chǎn)生絕緣擊穿

電力電纜運行規(guī)程規(guī)定:電纜線路原則上不允許過負荷運行、超負荷運行,由于電纜溫升的增加,加快了電纜絕緣的老化,使電纜的壽命大大降低,運行中使電纜絕緣薄弱處,比如接頭,發(fā)生擊穿事故。

所以根據(jù)電纜敷設(shè)方式、運行條件、環(huán)境溫度、并列條數(shù)對電纜的長期允許載流量進行校核并作出規(guī)定,運行中依據(jù)所定的規(guī)定值對電纜載流量進行測量監(jiān)視,在負荷高峰期應(yīng)用紅外線測溫儀對電纜的節(jié)點測溫,防止電纜溫度過高、過熱,及時掌握電纜的運行情況,以避免發(fā)生電纜長期過負荷運行造成的電纜故障。

4.5 電壓及負荷檢測

為防止絕緣老化,線路電壓一般不應(yīng)比電纜額定電壓高出15%。經(jīng)常測量和監(jiān)視電纜的負荷情況,保持電纜線路在規(guī)定的允許持續(xù)載流量下運行,一旦發(fā)生電纜線路過負荷的現(xiàn)象,應(yīng)立即與相關(guān)部門協(xié)調(diào)制定有效方案。

5 結(jié)論

在實際工作中,電纜的故障類型和故障原因是多種多樣的,電纜故障產(chǎn)生的根源一般是積患已久和管理不善,所以,只要提高相關(guān)人員的主觀認識,采取得力措施,精心維護,積極預(yù)防,電纜事故是可以減少甚至杜絕的。