電力電纜故障測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用的概述
核心提示: 隨著城市建設(shè)的發(fā)展,電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的比例越來(lái)越大,在一些城市的市區(qū)己逐步取代架空輸電線路隨著電纜數(shù)量的多及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),電纜的故障也越來(lái)越頻繁由于電纜線路的隱蔽性、個(gè)別運(yùn)
核心提示: 隨著城市建設(shè)的發(fā)展,電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的比例越來(lái)越大,在一些城市的市區(qū)己逐步取代架空輸電線路隨著電纜數(shù)量的多及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),電纜的故障也越來(lái)越頻繁由于電纜線路的隱蔽性、個(gè)別運(yùn)行單位的運(yùn)行資
隨著城市建設(shè)的發(fā)展,電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的比例越來(lái)越大,在一些城市的市區(qū)己逐步取代架空輸電線路隨著電纜數(shù)量的多及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),電纜的故障也越來(lái)越頻繁由于電纜線路的隱蔽性、個(gè)別運(yùn)行單位的運(yùn)行資料不完善以及測(cè)試設(shè)備的局限性等原因,使電纜故障的查找非常困難如何合理地選擇故障測(cè)試設(shè)備,準(zhǔn)確、快速地查找電纜故障,縮短故障停電時(shí)間,成為電纜運(yùn)行人員非常關(guān)心的問(wèn)題本文介紹目前國(guó)內(nèi)外電纜故障測(cè)試的新技術(shù)及本局電纜故障測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)1電力電纜故障分類電力電纜故障按性質(zhì)可分為串聯(lián)(斷線)故障及并聯(lián)(短路)故障兩種,后者按主絕緣外是否有金屬護(hù)套或屏蔽可分為主絕緣故障(外有金屬護(hù)套或屏蔽)和外皮(外護(hù)套)故障(無(wú)金屬護(hù)套或屏蔽)主絕緣故障根據(jù)測(cè)試方法不同,按故障點(diǎn)的絕緣電阻Rf大小可分為①金屬性短路(低阻)故障不同儀器及方法選擇Rf不同,一般Rf<10Z.(Z.為電纜波阻抗);②高阻故障;③間歇(閃絡(luò))故障3者之間沒(méi)有絕對(duì)的界限,主要由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法區(qū)分,與設(shè)備的容量及內(nèi)阻有關(guān)2電纜故障測(cè)試方法的比較電纜故障的測(cè)試步驟均為:①診斷故障,②故障預(yù)定位;③故障定點(diǎn)(精定位)各種故障及其相應(yīng)的測(cè)試方法見(jiàn)表1表1電力電纜故障及檢測(cè)方法故障類型預(yù)定位方法精定位方法斷線故障魯?shù)蛪好}沖反射法▲電橋法聲磁同步法低阻故障魯?shù)蛪好}沖反射法▲電橋法★音頻感應(yīng)法★聲磁同步法,電流方向法二次脈沖法(SIM)▲沖閃法主絕高阻故障★高壓電橋法聲響法聲磁同步法緣故障二次脈沖法(直流耐間歇性故障(閃絡(luò))壓擊穿后用)▲衰減法▲直流閃測(cè)法聲磁同步法外護(hù)套故障高壓電橋法▲聲磁同步法壓降法魯跨步電壓法注:為推薦使用;★為有條件限制;▲為可用方法;為不推薦使用3電力電纜的測(cè)試方法1970年以前,通常使用電橋法及低壓脈沖反射法測(cè)試電力電纜故障,兩者對(duì)低阻故障很準(zhǔn)確,但對(duì)高阻故障不適用。其后出現(xiàn)了直流閃測(cè)法和沖擊閃測(cè)法,分別測(cè)試間歇故障及高阻故障,兩者都均可分為電流和電壓閃測(cè)法。電壓法可測(cè)率高,波形清晰易判,盲區(qū)比電流法少一倍,但接線復(fù)雜,分壓過(guò)大時(shí)對(duì)人及儀器有危險(xiǎn);電流法則相反目前這兩種方法是國(guó)產(chǎn)高阻故障測(cè)試儀的主流方法,基本上解決了電纜高阻故障測(cè)試問(wèn)題但儀器有盲區(qū),且波形有時(shí)不夠明顯,靠人為判斷,儀器誤差相對(duì)較大1990s,國(guó)外發(fā)明二次脈沖法,即結(jié)合高壓發(fā)生器沖擊閃絡(luò)技術(shù),在故障點(diǎn)起弧的瞬間通過(guò)內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖,此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處(電弧的電阻值很低)發(fā)生短路反射,并記憶在儀器中,電弧熄滅后,復(fù)發(fā)一測(cè)量脈沖通過(guò)故障處直達(dá)電纜末端并發(fā)生開(kāi)路反射,比較兩次低壓脈沖波形(見(jiàn))可非常容易地判斷故障點(diǎn)(擊穿點(diǎn))位置,是目前最先進(jìn)的基礎(chǔ)測(cè)試方法基于二次脈沖法設(shè)備有奧高電壓技術(shù)強(qiáng)調(diào)起弧與觸發(fā)脈沖配合,由內(nèi)部通信裝置對(duì)沖擊電流進(jìn)行阻尼,同時(shí)增加沖擊電流的沖擊寬度;而Seba則采用穩(wěn)弧儀,強(qiáng)調(diào)延長(zhǎng)電弧時(shí)間,保證低壓脈沖在起弧期間到達(dá)Baur公司載精密電纜故障測(cè)試預(yù)定位系統(tǒng)原理見(jiàn)該設(shè)備與國(guó)產(chǎn)電流或電壓法測(cè)試儀相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):二次脈沖原理圖結(jié)構(gòu)緊湊,接線簡(jiǎn)單,切換容易,安全可靠自動(dòng)匹配自動(dòng)判斷,并可打印或存盤引入“tm*測(cè)試可消除盲區(qū)將預(yù)先測(cè)試脈沖波經(jīng)過(guò)儀器到達(dá)引線末端的時(shí)間”tm*值輸入到系統(tǒng)中。在同一種方法中*tm*為定值,與波速度選擇無(wú)關(guān)。所測(cè)波形中tm時(shí)刻點(diǎn)即為所測(cè)電纜的始端精度高采樣頻率200MHz,精度達(dá)0. 4m對(duì)電纜狀態(tài)及與運(yùn)行時(shí)出故障的自動(dòng)定位測(cè)試將電纜的GIS(地理信息系統(tǒng))與GPS(全球定位系統(tǒng))聯(lián)合應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的在線監(jiān)測(cè)及將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。目前日本部分重要的電纜線路裝有在線監(jiān)測(cè)及故障測(cè)試系統(tǒng),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)測(cè)出電纜的故障位置自動(dòng)發(fā)射給衛(wèi)星系統(tǒng),用戶終端即可知道故障實(shí)際位置,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理4配置電纜故障測(cè)試設(shè)備的幾點(diǎn)考慮高性能設(shè)備價(jià)格高,但服務(wù)范圍達(dá)到一定規(guī)模時(shí),故障停電損失遠(yuǎn)大于儀器價(jià)格。
為能應(yīng)付所有可能出現(xiàn)的電纜故障,測(cè)試單試儀、預(yù)定位設(shè)備(含電橋,回波反射儀,配套的高壓裝置及信號(hào)發(fā)生器)精定位儀(跨步電壓法、聲磁同步法、音頻定位儀)等。對(duì)不知路徑的直埋電纜故障,路徑測(cè)試儀尤為重要,但在實(shí)測(cè)中受地下平行金屬管線干擾,其損差較大Seba公司新產(chǎn)品采用雙感應(yīng)線圈將最大法波最小法的倒轉(zhuǎn)波疊加處理可解決干擾問(wèn)題高壓沖擊發(fā)生器中的電容器C與電纜測(cè)試有關(guān),國(guó)外儀器多采用2PF或4PF的電容。但對(duì)較長(zhǎng)電纜線路、間歇故障絕緣電阻特別大、或低壓電纜故障測(cè)試時(shí),常得不到波形沖擊能量CU2,考慮對(duì)主絕緣的不利影響和受到儀器體積限制,U不能過(guò)大(不應(yīng)超過(guò)預(yù)試電壓的5(%~ 70%),只有增大電容量,沖擊能量才增大,使故障點(diǎn)起弧時(shí)間長(zhǎng),放電徹底,容易得到測(cè)試波形,對(duì)于低壓電纜尤為突出國(guó)外儀器有自動(dòng)延弧裝置或加寬沖擊脈沖延長(zhǎng)起弧時(shí)間功能,且觸發(fā)脈沖配合較好,電容量4 F已足夠。國(guó)產(chǎn)設(shè)備配置應(yīng)選擇較大的電容,但增大電容使儀器笨重,還要改變儀器匹配選用高采樣頻率的設(shè)備以保證高定位精度。
對(duì)于110kV及以上高壓電纜的故障或間歇性故障,應(yīng)選高電壓等級(jí)設(shè)備,可采用衰減法測(cè)試。
5電纜故障測(cè)試應(yīng)用的主要經(jīng)驗(yàn)用Baur及Seba公司電纜故障測(cè)試及定位設(shè)備測(cè)試了近30次絕緣故障,成功率達(dá)100%,且均在12h內(nèi)定出故障點(diǎn)。測(cè)試的主要經(jīng)驗(yàn)是:電纜在驗(yàn)證時(shí)必須要求提供完整的電纜資料(長(zhǎng)度、路徑是否預(yù)留、接頭位置等)主絕緣故障預(yù)定位較易而精定位很難;相反,外護(hù)套故障預(yù)定位較難而精定位(跨步電壓法)卻非常準(zhǔn)確、容易。在特殊情況下(絕緣及外護(hù)套故障共點(diǎn)時(shí))兩者可結(jié)合使甩低壓電纜接頭施工時(shí)地線連接不規(guī)范,測(cè)試時(shí)應(yīng)注意電纜地線與接地分開(kāi)。當(dāng)電纜一端測(cè)不到明顯波形時(shí),換另一端或加大燃弧電流后再測(cè),可獲得較好波形因所測(cè)電纜較長(zhǎng)而在預(yù)定位測(cè)不出波形時(shí),可加大沖擊電壓或調(diào)節(jié)觸發(fā)時(shí)延以得到波形。對(duì)于間歇性故障,當(dāng)采用沖擊電壓不能擊穿時(shí),可用常規(guī)直流耐壓試驗(yàn)擊穿。
位應(yīng)配備測(cè)試設(shè)備,如電理唄J路徑測(cè)褓喊H.AU h郵下轉(zhuǎn)第1忍頁(yè))bookmark1預(yù)定位誤差包括:a.儀器誤差,恒定不變;b.量度誤差,影響較大,應(yīng)注意兩端電纜是否有預(yù)留圈;c.波速取值不當(dāng)誤差,應(yīng)由電纜長(zhǎng)度計(jì)算;d.波形判斷誤差,取決于儀器性能及測(cè)試者經(jīng)驗(yàn)中間升,£變I一丁分成器調(diào)頻電源高電壓技術(shù)但由于重量大,可移動(dòng)性差,主要用于試驗(yàn)室變頻諧振試驗(yàn)系統(tǒng)不但能滿足110kVXLPE電纜的耐壓要求,而且具有重量輕、可移動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn),適宜現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
通過(guò)調(diào)研和論證,山東電力研宄院選擇了長(zhǎng)沙電力試驗(yàn)開(kāi)發(fā)公司研制的變頻諧振試驗(yàn)裝置,該裝置采用固定電抗器作為諧振電抗器,以調(diào)頻的方式實(shí)現(xiàn)諧振,頻率的調(diào)節(jié)范圍為30~300Hz符合GIGREWG21.03推薦使用工頻及近似工頻(30~ 300Hz)的交流電壓要求這種交流電壓試驗(yàn)可以重現(xiàn)與運(yùn)行工況下相似的場(chǎng)強(qiáng),實(shí)踐證明是行之有效的方法。
3現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)實(shí)例山東電網(wǎng)用變頻諧振試驗(yàn)裝置對(duì)110kV交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓驗(yàn)收試驗(yàn)。其試品型號(hào)為YJLW03;額定電壓為64/110kV;導(dǎo)體規(guī)格為1爪七<300爪爪2銅導(dǎo)體;電容為0.1391尸/1<;單根電纜的長(zhǎng)度為1.495km試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):在電纜芯線和金屬鎧裝層之間施加交流電壓110kV(=萬(wàn)U0),保持5min由于中間升壓變壓器輸出電壓為15kV,無(wú)法滿足110kV試驗(yàn)電壓的要求,需要用串聯(lián)電抗器進(jìn)行串聯(lián)諧振。由于流過(guò)串聯(lián)電抗器的試驗(yàn)電流超過(guò)了其額定電流,因此需要加入并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償,即組成串一并聯(lián)諧振回路,試驗(yàn)接線原理圖如圖中L1為一只串聯(lián)電抗器,L2為4只電抗器并聯(lián),每只電抗器的電感200H,額定電流4A,額定電壓267kV通過(guò)改變投入并聯(lián)補(bǔ)償電抗器的數(shù)量,在滿足試驗(yàn)設(shè)備的電壓和電流的前提下,力求試驗(yàn)頻率接近工頻以下是諧振頻率的估算:由于L1的電抗遠(yuǎn)大于中間升壓變壓器的電抗,或者說(shuō)試驗(yàn)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間變壓器高壓側(cè)的輸出電壓,因此在估算諧振頻率時(shí)可以簡(jiǎn)化,相當(dāng)于L1和L2與Cx并聯(lián),則有串一并聯(lián)諧振試驗(yàn)接線圖試驗(yàn)中的實(shí)際諧振頻率為55Hz,說(shuō)明按照上述簡(jiǎn)化進(jìn)行諧振頻率的估算是比較準(zhǔn)確的6根電纜分6次試驗(yàn),耐壓時(shí)間5min全部通過(guò)4結(jié)語(yǔ)直流耐壓試驗(yàn)不能模擬高壓交聯(lián)電纜的運(yùn)行工況,試驗(yàn)效果差,并且有一定的危害性,在現(xiàn)場(chǎng)竣工驗(yàn)收試驗(yàn)不宜采甩交流耐壓試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)交聯(lián)電纜的敷設(shè)和附件安裝質(zhì)量的有效手段變頻諧振裝置符合IEC和國(guó)標(biāo)的有關(guān)要求,通過(guò)電抗器串并聯(lián)的方式可以滿足110kV和220kV高壓交聯(lián)電纜現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓的要求
責(zé)任編輯:電小二
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