电缆故障寻测技术幻灯片(方汇)

电力电缆故障寻测技术一、概述二、电缆知识三、准备知识四、电缆故障产生原因五、电缆故障分类六、故障寻测步骤七、故障测试方法八、电缆故障点的精测方法九、电缆埋设路径的寻测十、现场测试经验交流一、概述随着我国电力系统两网改造的完成，安全可靠，整齐有序的地下动力电缆应用日益广泛。一旦电缆发生故障，较快地寻测出故障点的确切位置、及时排除故障、恢复供电，是各供电部门在电缆发生故障时遇到的首要问题。传统的电桥法、脉冲法、冲击闪络电流取样等方法，尽管也能解决大部分问题，但对于高阻故障测试波形的分析、判断、难度都很大，大部分用户在现场还是无法从复杂的波形中，判断出正确的故障距离来。随着现代电子技术的发展，使用二次脉冲法粗测电缆故障距离的测试方法出现，使获得的电缆故障波形极大地简化，就像使用低压脉冲法测试一样，高阻故障的波形被简化为低压脉冲法中的短路故障波形。这样就大大地降低了故障距离误判，提高了高阻故障的检测率，几乎人人都会判读故障波形，而且准确度也大大提高。二次脉冲法的推广应用，可以说解决了供电部门的一大难题。再加上抗干扰数字同步定点仪在现场实现快速精确定位，可以说，真正实现了排除电缆故障的快、准、省。二、电缆知识用于传送和分配电能的电缆称为电力电缆。电缆与架空线相比有下列优点：1.不占地面空间，有利于市容美观。2.运行可靠性高，不受外界环境影响，可避免风、水、鸟等造成的短路与接地故障。3.人身安全可靠，可避免人身触电危险。4.电缆电容较大，有利提高电网的功率因数。电缆的种类与特点：电力电缆按绝缘材料、敷设环境、结构特征大约可分为如下几种：1.按绝缘材料分：油纸绝缘：粘性浸渍纸绝缘型；不滴流浸渍纸绝缘型；有气压、粘性浸渍纸绝缘型。塑料绝缘：聚氯乙烯绝缘型；聚乙烯绝缘型；交联聚乙烯绝缘型。橡胶绝缘：天然橡胶绝缘型；乙丙橡胶绝缘型。2.按结构特征分：统包型：在各缆芯外包有统包绝缘，并置于同一护套内。分相型：分相屏蔽。一般用在10～35KV，有油浸纸绝缘和塑料绝缘。钢管型：电缆绝缘外有钢管护套。分钢管充油、充气电缆和钢管油压式、气压式电缆扁平型：三芯电缆的外形呈扁平状。一般用于大长度海底电缆。自容型：护套内部有压力的电缆。分自容式充油电缆和充气电缆。3.按敷设环境分：地下直埋，地下管道，水底，矿井，高海拔，高落差等，一般环境因素对护层结构有特殊要求，如机械强度、防腐蚀等。不同种类电缆的特点：1.油纸绝缘电缆：粘性浸渍纸绝缘电缆：制造质量稳定，工作寿命长。但，油易滴流，不宜作高落差敷设，允许工作场强低，不宜作超高压使用。不滴流浸渍纸绝缘电缆：浸渍剂在工作温度下不滴流，适宜高落差敷设，有较高的绝缘稳定性。2.塑料绝缘电缆：聚氯乙烯电缆：工艺性能好，易于加工，化学稳定性高（耐油、耐酸、耐碱、耐腐蚀），非延燃性，生产率高，价格低廉，敷设维护简单，但机械性易受温度影响。聚乙烯绝缘电缆：有良好介电性能（tgδ小，绝缘电阻大），工艺性能好，易于加工，耐湿性高，比重小。但抗电晕及耐热性能差，受热易变形，易开裂。交联聚乙烯绝缘电缆：有高的电气性能，击穿强度高，绝缘电阻大，介电常数小，tgδ小，有高的耐热性能和耐老化性能，允许工作温度高，载流量大，适于高落差与垂直敷设，是一种很有前途的电缆。但交联聚乙烯的脉冲击穿强度会随冲击脉冲次数的增加而下降，也会随温度的增加而下降。交联聚乙烯绝缘破坏的主要原因是电场作用下的树枝生长老化现象（绝缘层中因存在杂质、气隙、结构缺陷等，在所接触的化学物质、工作电场、环境中的水分等的作用下形成的树枝状物，如电树枝、电化树枝和水树枝）。3.橡皮绝缘电缆：橡皮绝缘电缆的橡胶种类很多，主要是天然橡胶加不同的添加剂组成不同的橡胶。都具有很好的柔软性，易弯曲，在很大的温度范围内具有弹性。有较好的的电气性能和化学稳定性。但耐电晕、耐臭氧、耐油性较差，一般适用于1KV以下电压等级的配电线路。乙丙橡胶等可用于35KV及以下等级的电缆。电力电缆的结构与材料：电力电缆结构主要包括线芯（导体）、绝缘层、和保护层三部分。线芯用来传送电能，它必须具有良好的导电性能以减少电能在传输中的损耗。绝缘层是用来将不同导电线芯以及接地部分彼此绝缘隔离，并能承受长期工作电压与短时过电压以及耐热性能。保护层是保护绝缘层免受外界媒质作用，防止水份侵入、腐蚀和机械损伤。为减少电能在传输中的损耗，要求线芯有良好的导电性，即要选用电阻系数小的材料，同时也要考虑机械强度、柔顺性及加工工艺等，常用的线芯材料是铜与铝。线芯的结构有圆形线芯，中空圆形线芯（可充油或可充气），扇形芯，卵形或椭圆形线芯等四种。所有结构的线芯均根据需要用多股绞合导线总坯成型的。绝缘结构与材料：电力电缆中的绝缘材料是用来承受电压作用的。电缆的载流芯既处于高电位，又有大电流通过，因此电缆的绝缘材料必须满足：1.要有足够的电气强度：高的击穿场强与耐受工频、冲击与操作波电压作用能力。2.介质损耗（tgδ）低。tgδ太大将引起电缆发热，加速绝缘老化导致击穿损坏。3.耐电晕性能好：绝缘中不可避免的残存气泡和微量杂质使电缆在强电场作用下容易产生局部放电并伴生臭氧，腐蚀绝缘。4.化学性质稳定：不受外界因素影响而变质，不使绝缘水平降低缩短寿命。5.耐热性能好：能在工作温度下长期运行。允许工作温度越高供电能力越强。6.耐低温：在较低的自然温度下进行安装敷设，绝缘不变脆不损伤7.加工性能好：具有一定的柔软性与机械强度，便于制造与安装。8.价格便宜：绝缘材料的价格昂贵，会使使用范围受限制。几种常用的绝缘材料：1.电缆纸：要求电缆纸具有高的绝缘电阻和击穿电压，小的介质损耗，还要有一定的机械性能。2.浸渍剂：分为低压电缆油和高压电缆油两种。3.聚氯乙烯：它是以聚氯乙烯树脂为基础的多组分混合材料。根据电缆的使用要求，配以各种类型的增塑剂、稳定剂、填充剂、特种用途的添加剂和着色剂等。4.聚乙烯：按聚合的方法不同可分为高压聚乙烯和低压聚乙烯。5.交联聚乙烯：为了克服聚乙烯的耐热性、机械性差和蠕变性大的缺陷，采用交聚法，即通过化学交联和物理交联，将聚乙烯分子结构从直链状态变为三度空间的网状结构，大大提高聚乙烯的耐热和机械性能及抗环境开裂的特性。它在110KV及以上等级电力电缆中占了主导地位。6.橡皮绝缘材料：比较常用的橡胶有丁苯、丁基、乙丙等橡胶。除煤矿等场合外，多用于电器装备电缆，极少用于电力系统。护层结构与材料：护层的作用与结构：为了使电缆适应各种使用环境要求而在电缆绝缘层外面所施加的保护覆盖层，叫做电缆护层。电缆护层是构成电缆的三大组成部分之一。它的主要作用是保护电缆绝缘层在运输、敷设和运行过程中，免遭机械损伤和各种环境因素如水、日光、生物、火灾等的破坏，以保持长时间稳定的电气性能。护层的质量直接关系到电缆的使用寿命。电缆护层主要分为三大类，即金属保护层（包括外护层）、橡塑护层和组合护层。电缆的型号的表示电力电缆种类很多，用途也各不相同，为了生产与订货方便，通常采用电缆型号表示某种电缆的结构与特点。这样既简单、明确，又能避免错误。电缆产品型号的编制原则：1.电缆线芯材料、绝缘层与内护层材料用汉语拼音的第一个字母表示。如纸－Z；铝－L；铅－Q等。某些电缆结构特点也用汉语拼音字母表示，如分相铅包型电缆用F表示。2.电缆外护层的结构，以外护层结构的数字编号来代表。没有外护层的则以数字后加“0”作为电缆型号的组成部分。电缆型号的表示方法举例：V－聚氯乙烯绝缘Y－聚乙烯绝缘YJ－交联聚乙烯绝缘T－铜导体（省略）L－铝导体举例：YJLV22表示铝芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电缆VV22表示铜芯聚氯乙烯绝缘铠装聚氯乙烯护套电缆。因为电力电缆种类繁多，难于记忆，只要知道一定的规律就行了，真正使用时，从具体产品的说明书可以查到需要的种类和型号。不用刻意记忆。三、准备知识利用行波法检测电缆故障，实际上是把动力电缆作为高频信号传输线来考虑的。根据电波（电磁脉冲）在电缆中的传输过程的幅度、相位、速度、衰减等诸参数的变化规律，利用雷达测距原理来确定电缆故障点距测试端的距离。为了更好地帮助操作人员理解现场测试波形，有必要了解电波在电缆中传播的基本概念。1.电缆的特性阻抗（波阻抗）Z0：特性阻抗定义为电缆的行波电压与行波电流之比，具体的说就是入射波电压与入射波电流之比或反射波电压与反射波电流之比。Z0=U+/i＋或Z0=U-/i-Z0与电缆本身的结构、绝缘介质及导体材料有关。还与电缆芯线的截面积和芯线外皮的距离有关。所以不同规格和种类的电缆，其特性阻抗也不同。电缆芯线截面积越大，波阻抗值就越小。一般动力电缆的波阻抗值在10欧姆至40欧姆之间。电缆的特性阻抗与电缆的长度无关。电缆中的特性阻抗处处相等。2.电缆中的波速度V:波速度V与电缆绝缘介质的相对介电常数的开方成反比。与电缆的芯线材料和截面积无关。即是说，同一种和同一根电缆上，其波速度是不变的。经测量知：油浸纸电缆约v＝160米/微秒交联聚乙烯电缆约v＝172米/微秒塑料电缆约v＝184米/微秒橡套电缆约v＝100米/微秒实际上，不同厂家或同一厂家生产的不同批次电缆，其电缆波速会略有差异，现场测试时，最好重新测试后再设置该电缆的波速，会使测试精度更高一些。3.波的反射和反射系数：当电缆中出现断线或低阻故障时，故障点的等效阻抗与电缆的特性阻抗不相等（不匹配），行波运动到该点时便会发生全部或部分能量反射。反射的大小与故障点的等效阻抗大小有关。行波的反射程度可用发生反射的阻抗不匹配点的反射电压（电流）与入射电压（电流）之比P反来表示。P反称之为反射系数。P反＝Uf/Ui＝（Z1－Z0)/(Z1+Z0)式中：Z1－故障点的等效阻抗值Z0－电缆的特性阻抗由反射系数公式可看出：1）当Z1＝Z0时，P反＝0。故障点的等效阻抗与电缆的特性阻抗相等，匹配无反射。此时看不到故障点的反射回波。2）当Z1＝0时，P反＝－1。故障点短路，是负的全反射。此时看到故障点的反射回波与发射脉冲波形幅度相等而极性相反。3）当Z1＝无穷大时，P反＝＋1。故障点开路，是正的全反射。此时看到故障点的反射回波与发射脉冲波形幅度相等而极性相同。4）如果故障点的等效阻抗小于电缆的特性阻抗又未完全短路，则是负的部分反射，反射脉冲的幅度小于发射脉冲，且极性相反。5）如果故障点的等效阻抗大于电缆的特性阻抗又不是无穷大，则是正的部分反射，反射脉冲的幅度小于发射脉冲，但极性相同。以上叙述说明了电缆故障点的等效阻抗在不同数值时，反射回波的幅值和极性变化的理论解释。000220222ZZZZZIVZIVVVLL四、电缆故障产生原因了解电缆故障产生的原因，有利于降低故障发生率，快速排除电缆故障。电缆故障发生的原因大致有：1.机械损伤：1）安装时碰挤、过度弯曲；2）电缆路径上作业形成的外力破坏；3）地面强烈震动或冲击性外力造成铅（铝）包疲劳破损；4）自然力破坏。如土地沉降、路面下沉等；2.电缆外皮的电腐蚀和化学腐蚀：电缆附近有强电力场存在或酸碱作业区，往往使电缆在长期腐蚀环境中运行，最终造成绝缘损坏。3.电缆绝缘物的流失：油浸纸电缆的敷设高低起伏落差，会使缺油部位绝缘强度下降。4.拙劣的技工工艺和潮湿环境下作业，或不按技术要求敷设电缆。5.电缆长期过负荷运行造成电缆过热，加速了绝缘老化。6.雷击和线路故障引起过电压击穿。五、电缆故障分类根据行波法的测试特点对电缆故障进行分类，即是说考虑到电缆的特性阻抗特点应按测试方法分类（不能用兆欧表的测试结果分类）1.断路、低阻、短路故障－－低压脉冲法低阻故障概念：用万用表测得电缆的直流电阻阻值小于100欧姆的故障电缆一般称为低阻故障。100欧姆以上视为高阻故障。2.高阻泄漏、高阻闪络故障－－冲击高压闪络法冲击高压闪络法不仅适应高阻泄漏和高阻闪络性故障，也适应低阻和短路性质的故障。六、故障寻测步骤第一步：电缆故障性质的确定测试故障之前要确定：故障电阻是低阻还是高阻；是闪络性还是泄漏型故障；是开放性的还是封闭型的；是接地、短路、断线还是它们的混合；是单相、两相还是三相故障。判断故障性质最好用万用表确定高阻还是低阻故