电缆故障分析武汉钢铁

1/16概况武汉钢铁集团公司是新中国建设的第一个特大型钢铁生产联合企业，50年来武钢供电网络由小变大，电力电缆及接头附件等新材料、新技术不断应用，基本掌握了一套高压电力电缆试验及故障寻测技术，保证了钢铁主业的安全高效生产。2/16目前，武钢高压电力电缆线路中，110kV及以下电力电缆总长约2400km，其中110kV自容式充油电缆总长7560m，110kV交联聚乙烯绝缘电缆总长24027m，除剩下约十分之一为油浸纸绝缘电缆外，其余全部为交联聚乙烯绝缘电力电缆。目前即将敷设两回220kV截面为2000mm2单芯交联聚乙烯绝缘电缆线路。根据国家规范，110kV电缆及以上电力电缆只在出厂、新敷设投运、故障时做相关试验，一般情况下不做主绝缘预防性试验，因此只对35kV及以下电压等级电力电缆进行预防性试验及故障寻测。3/162油浸纸绝缘电缆2.1油浸纸绝缘电缆预防性试验油浸纸绝缘电缆（下称：油纸电缆）历史悠久，这种电力电缆从诞生到现在有百年的历史，运行经验丰富，预防性试验和故障寻测方法成熟，在预防性试验方面一般采用两种方法：①兆欧表摇测绝缘；②直流高压耐压。将两种方法共同使用，可以满足油纸电缆的日常运行需要。2.2油纸电缆故障寻测油纸电缆故障寻测技术也是成熟技术，按目前常用电缆故障仪器的技术功能和故障性质，测试结果可分为以下几类：4/16电缆故障分类①断线故障：无论电缆绝缘电阻高低，只要一芯和数芯导体不连续者。②低阻（短路）故障：电缆绝缘直流电阻小于200Ω，甚至为零者。③高阻故障（高阻泄漏和闪络性故障）：电缆绝缘直流电阻低于正常值、高于200Ω者。高阻泄漏性故障：在做电缆绝缘试验时，试验电压达不到额定值，泄漏电流随试验电压的增加而增加，试验台跳闸后，接地电阻随着降低，有时直流电压加不上去。④高阻闪络性故障：电缆绝缘电阻较高，但当电缆进行直流加压到某一值时，出现突然击穿现象，并可重复进行。这类故障多在预防性试验时发生，周期不稳定，击穿时间间隔也不等。5/16测试方法的选择故障性质确定后根据故障分类选择测试方法。测试步骤分定位（粗测）和定点（精测）。1、定位：就是要确定故障点到电缆任一端的距离，该距离与实际存在一定误差。①低电阻（短路）故障定位采用：回线电桥法、低压脉冲法。②高电阻故障定位采用：高电阻泄漏性故障用高压冲闪（电压或电流测试）法；高阻闪络性故障用直流高压直闪（电压或电流测试）法。2、定点：就是确定故障点在地面（或电缆上）的具体位置。①声测定点法。②检流计测试法。若走向不明的电缆必须进行路径测寻，以便进行定点。在排除电缆故障点前还应对电缆进行确认。6/163、交联聚乙烯绝缘电缆3.1交联聚乙烯绝缘电缆的预防性试验在交联电缆使用的初期阶段，由于缺乏有效的运行维护技术手段，同时考虑到直流耐压试验对交联电缆易造成伤害，缩短其使用寿命，检测人员一直采用对交联电缆进行周期性绝缘电阻测试检查方法。只是在发现绝缘电阻偏低或三相绝缘电阻严重不平衡，以及电缆发生故障检修后，才对交联电缆做直流耐压试验进行鉴定。但长期的运行经验表明，交联电缆的许多故障，均是由于受到反复直流耐压试验引起的。由于交联电缆的水树枝和电树枝，在交流运行状态下电缆绝缘层中存在潜在的缺陷，做直流耐压试验时会产生电荷累积效应，经常不能在期望的直流电压下造成击穿。为了使其在直流电压下的电场强度达到交流状态下的数值，必须提高直流耐压值到交联电缆的6.0~8.0U0，造成绝缘良好的位置耐受高压而产生新的缺陷。为了提高电缆预防性试验的实用有效性，检测人员采取先用兆欧表测试绝缘电阻，出现疑问时再采用变频串联谐振耐压试验或超低频0.1Hz耐压试验。7/16变频串联谐振耐压试验04年，从武汉购进一套变频串联谐振高压试验装置，变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现电容谐振，在被试品上获得高电压、大电流，是当前高电压试验的一种新的方法与潮流，在国内外已经得到广泛的应用。8/1605年，在轧钢变对1#所用变一次电缆做周期性耐压试验，该电缆型号为YJV-8.7/10kV3×95mm2电缆，全长100m，经测量三相对地绝缘电阻为5GΩ，我们按预防性试验标准1.6U0即14kV加压时间5min，当加压到2min时，谐振频率为80Hz，试验击穿，检查发现是电缆热缩终端头绝缘缺陷。超低频0.1Hz耐压试验超低频0.1Hz耐压试验（以下简称0.1Hz试验）是另一种还在继续研究的试验方法，理论上可将装置的容量比采用50Hz工频试验时的容量缩小500倍，考虑到结构原因实际容量可降低50~100倍，较适合现场使用。0.1Hz测试时电缆故障处击穿比50Hz工频测试时快很多，同时发现在50Hz没有击穿发生时，增大电压会增加故障的尺寸，但在0.1Hz试验测试（击穿）时故障尺寸呈指数下降，其最突出优点是已经存在的电缆故障被检测出来而不会产生新的故障。9/1603年，公司引进德国产VPA52型0.1Hz超低频试验设备，该设备体积小，兼容性好，可很方便地安装在电缆测试车上，只是当时价格较高，试验和故障寻测设备加安装的配套车辆近一百万元。10/1603年，新三高变电所送综合变电所二受电（YJLV22-8.7/10kV3×150mm2，全长：980m），绝缘较低，做0.1Hz试验。电缆C相试验电压10kV，30min击穿，后检查发现300m处一中间接头故障。交联聚乙烯绝缘电缆的故障寻测武钢目前查找交联聚乙烯绝缘电缆（以下称：交联电缆）的故障，主要采用德国产KAB2000脉冲反射仪和LSG-3E型电弧稳定仪。11/16脉冲反射仪脉冲反射仪中有一个雷达表，使用了脉冲反射技术。把一定的测试脉冲发射到待测电缆中，以特定速度在电缆中通过，速度取决于待测电缆的特性。电缆的特性一旦发生改变，发射脉冲就会出现相应的改变，脉冲传播中的任何波动都表明电缆相应的地方有电特性的改变，可以在屏幕中显示出来。电缆电特性的变化是由于电缆上有故障或电缆上一些局部的变化如分支电缆或中间接头、终端头引起，可以根据反射的形状和时间测量出故障的类型和距离。它有多种触发模式：①脉冲反射测量；②脉冲电流法；③弧反射法；④烧弧。12/16电弧稳定仪电弧稳定仪用来在高阻抗故障处产生电弧并保持和稳定，使得在稳定电弧的条件下用常规脉冲发射技术对电缆的故障处可以进行定位，电弧用冲击放电发生器引发，在这时冲击电压可达到32kV，它可以同脉冲反射仪（Kabellux2000-E）配合使用，脉冲反射仪可产生一个2kV的激发电压，在低压电缆网络中应用弧反射法时，可直接用在低压测试电缆上，而避免冲击放电发生器产生的高于2kV电压用在低压测试电缆上。13/16故障寻测应用首先采用脉冲反射仪的脉冲反射测试，调出故障电缆全长的波形作为参考并存入，再通过冲击放电发生器或是电弧稳定仪本身（激发电压小于2kV时）在电缆故障处产生一个电弧，测出故障电缆的故障波形轨迹。由于电弧的物理特性，使得故障处的阻抗非常低，而在电弧稳定的条件下应用脉冲反射测量时反射系数相对较高。再将故障波形轨迹与参考波形轨迹进行比较，找出故障的位置。14/16故障寻测应用2006年4月6日，二总降变电所送民用煤气站1#线电缆（YJLV22-8.7/10kV3×120mm2）发生故障，民用煤气站1#线高压开关柜断路器电流速断继电保护动作跳闸。兆欧表测量：A相对地绝缘电阻800MΩ、B相对地绝缘电阻2500MΩ、C相对地绝缘电阻1000MΩ、做耐压试验B相通过，A、C相不合格。判断该电缆故障为高阻故障，进行故障测寻测得全长约330m，用高压冲击放电及电弧稳定仪发现故障点距离民用煤气站55~60m处，有明显波形异样，后检查确认该处为故障点。15/16通过对武钢高压电力电缆预防性试验和故障寻测技术的分析，特别是对交联聚乙烯绝缘电力电缆的变频串联谐振耐压试验和超低频0.1Hz耐压试验的应用情况的分析,以及德国产脉冲反射仪和LSG-3E型电弧稳定仪查找电缆故障的应用，可以看到电力电缆的试验、查找故障是一个技术高、难度大的工作，而且近年来许多新的检测技术不断诞生，例如0.05、0.02、0.01Hz特低频耐压试验技术的研究诞生，预示着电力电缆的试验、查找故障工作将越来越有效、完善。