電纜絕緣故障原因及絕緣在線監(jiān)測的方法原理

浙江杭州絕緣監(jiān)測儀產(chǎn)品廠家         浙江杭州絕緣監(jiān)測儀產(chǎn)品廠家       

     摘要：隨著東莞地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力電纜的應(yīng)用越來越廣泛，電力電纜目前主要應(yīng)用于污穢區(qū)域、城市繁華人口聚集區(qū)域、工礦企業(yè)、無行線走廊的區(qū)域，具有安全、可靠、占地面積少、美化城市環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了引發(fā)電纜故障的主要原因和電纜故障的類型，闡述了目前常用的幾種在線監(jiān)測技術(shù)及故障診斷方法，針對(duì)故障引發(fā)原因，提出了電纜故障的預(yù)防措施降低電纜故障的發(fā)生率。
        關(guān)鍵詞：電力電纜；絕緣；在線監(jiān)測；故障診斷
        由于電纜多埋于地下，一旦發(fā)生故障時(shí)，將不易查找，不僅花費(fèi)大量的人力、物力，并可能造成不可估量的停電損失。如何準(zhǔn)確、快速的找到電纜故障點(diǎn)成了供電部門關(guān)注的問題，而影響電纜安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素是電纜絕緣的好壞。過去，使用的預(yù)防性試驗(yàn)主要是定期停電進(jìn)行試驗(yàn)、維護(hù)和檢修、這種固定“計(jì)劃檢修”模式不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜的早期缺陷。為防止突發(fā)事故發(fā)生，對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測顯得較為迫切。采用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)后，可以使設(shè)備從“到期必修”過渡到“該修則修”。
        1．電纜絕緣損傷的原因
        目前電纜故障的*大原因是外力破壞占到61%，電纜本身及其附近質(zhì)量問題占22%，敷設(shè)時(shí)損傷占10%，其它占7%。故障原因具體可以分為以下幾類。
        1.1機(jī)械損傷
        機(jī)械損傷占電纜故障原因的絕大部分，主要由在敷設(shè)過程中拉力較大，或者電纜溝內(nèi)進(jìn)行其它市政、管道等工程的施工造成電纜損傷，電纜機(jī)械損傷，除少數(shù)斷裂等嚴(yán)重?fù)p壞外，絕大部分都是輕微損傷，沒有造成故障，但經(jīng)過幾個(gè)月甚至幾年的發(fā)展，形成故障。
        1.2絕緣受潮
        由于電纜敷設(shè)環(huán)境大多較為惡劣，污穢潮濕的環(huán)境逐漸侵蝕著電纜的絕緣，可能造成故障，如果電纜質(zhì)量較差，護(hù)套出現(xiàn)裂縫，或接頭盒、終端盒結(jié)構(gòu)不密封引起進(jìn)水等都會(huì)加大電纜絕緣受潮的概率。
        1.3絕緣老化變質(zhì)
        電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離，或過負(fù)荷時(shí)，造成局部過熱、碳化絕緣層，使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí)，氣隙中會(huì)產(chǎn)生硝suan、臭氧等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣層；電纜過負(fù)荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)較差處的電纜、裝在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜部分等都會(huì)因本身過熱而使絕緣層加速損壞。
        1.4電纜絕緣物遺失
        油浸紙絕緣敷設(shè)時(shí)由于敷設(shè)地形難免出現(xiàn)高低起伏，在重力的作用下，地形高處的絕緣油會(huì)向低處流動(dòng)從而使高處電纜絕緣下降，引發(fā)故障。
        1.5過電壓擊穿
        由于電纜本身局部缺陷，在內(nèi)部過電壓的情況下會(huì)使電纜層絕緣擊穿，產(chǎn)生故障。
        2．電力電纜故障的類型
        電纜故障的類型，按試驗(yàn)結(jié)果和故障性質(zhì)可分為以下3類：
        2.1 電纜單相接地或多相接地故障或電纜兩相或三相短路故障，一般由外力損壞、電纜本體絕緣老化等原因造成；
        2.2斷線故障。電纜導(dǎo)體一相或多相斷線；斷線故障一般由短路電流、外力損壞造成。
        2.3 閃絡(luò)故障。當(dāng)試驗(yàn)電壓升到某一值時(shí)，電纜泄漏電流突然升高，但電纜絕緣阻值較大，表明電纜存在故障，在較高電壓時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)擊穿的故障稱為閃絡(luò)性故障。閃絡(luò)故障一般由于接頭質(zhì)量問題、電纜本體制造質(zhì)量等原因造成。
        3.電纜絕緣擊穿的過程
        電纜絕緣損壞是形成故障的主要原因，其由絕緣損傷至逐漸發(fā)展至絕緣擊穿引發(fā)故障的過程如下圖1所示

        由圖1可知，無論是何種原因引發(fā)的絕緣擊穿，都會(huì)發(fā)展到電樹枝老化這一步，可知電樹枝老化是絕緣擊穿的直接原因，而局部放電、水樹枝老化、電樹枝老化三大因素是電纜本身絕緣性能下降的主要原因。
        4．電纜絕緣在線診斷方法
        電纜絕緣在線監(jiān)測診斷，主要是通過反映故障的特征信號(hào)來進(jìn)行診斷的，目前常用的診斷方法主要有以下幾種。
        4.1 直流疊加法
        直流疊加法，基本原理是在電纜的三相添加運(yùn)行母線電壓，然后在電磁式電壓互感器的中性點(diǎn)接地處加一個(gè)低壓直流電壓源，電纜同時(shí)施加有工頻交流和直流電壓，通過濾波器，濾除測試回路中的交流分量，只檢測由直流電壓源流過電纜絕緣層所產(chǎn)生的微弱直流電流，從而得到電纜的絕緣電阻來監(jiān)測電纜的絕緣狀況.直流疊加法的不足之處主要有三點(diǎn),其一，由于雜散電流較大，漏電阻變低而產(chǎn)生較大的測量誤差。其二，若互感器中*流過直流電源會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象而產(chǎn)生零序電壓，可能使變電所內(nèi)繼電器誤動(dòng)作；后，直流疊加法只適用于中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)。
        4.2 直流分量法
        水樹枝是形成電纜故障的重要原因之一，而直流分量法利用的則是水樹枝的“整流效應(yīng)”，即在外加交流正負(fù)半周電壓的反復(fù)作用下，電纜絕緣層中會(huì)聚集負(fù)電荷，然后逐漸從導(dǎo)體層向屏蔽層漂移，產(chǎn)生一個(gè)直流分量，該直流分量的大小能夠反映水樹枝的情況，從而來診斷電纜的絕緣情況。
        這種檢測方法的優(yōu)點(diǎn)是只需要利用外皮接地線，不需接觸帶電部分，不需外加電源，安全而經(jīng)濟(jì)，但由于直流分量較小跟直流疊加法一樣，容易受到雜散電流的影響，當(dāng)電纜接頭泄露電阻降低一樣會(huì)擴(kuò)大誤差。
        4.3 低頻疊加法
        “低頻疊加法”是將7．5Hz、20V的低頻電壓疊加在電纜導(dǎo)體上，沒有直流微電流測量上的問題，測量誤差較小，測量裝置在電纜接地線中串接，以得到相應(yīng)的絕緣電阻值。使用本法目前一般使用的7．5Hz低頻電源，測量回路如圖2所示，在施加電源后，測量三相總電流。判斷標(biāo)準(zhǔn)是由交流擊穿電壓與交流絕緣電阻的關(guān)系來決定。

        低頻疊加法的優(yōu)點(diǎn)主要是：因?yàn)槭堑皖l低電壓，所以電源容量?。回炌ㄋ畼浜头秦灤┧畼涞慕^緣劣化都能檢測出來，所以應(yīng)用于電纜絕緣診斷的可靠性高。缺點(diǎn)是在使用時(shí)必須注意電纜端部的工作狀態(tài)，比如通過裝應(yīng)力環(huán)來調(diào)整端部電場分布時(shí)，即使電纜絕緣良好，只根據(jù)監(jiān)測的交流損失電流信號(hào)，會(huì)做出“絕緣不良”的誤判斷。
        4.4 接地線電流法
        上面提到目前常用的幾種特征電氣量的診斷方法，都有一定的局限性。近幾年，出現(xiàn)了一種新的診斷方法，稱為接地線電流法，他利用的原理是，電纜老化的過程中，故障處得絕緣電阻逐漸減少，電容逐漸增大的特征，從而造成接地線電流也發(fā)生變化，因此將接地線電流作為電纜故障診斷的特征信號(hào)是可行的，該方法的實(shí)現(xiàn)是在接地線中裝設(shè)測量電流的裝置即可，簡便安全，且受外界干擾小。
        5．電纜故障預(yù)防措施
        采取相應(yīng)的預(yù)防措施可以有效的降低電纜的故障，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，主要措施有：
        5.1 嚴(yán)格設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)順序，加強(qiáng)設(shè)計(jì)審核。對(duì)新設(shè)備、新材料、新工藝技術(shù)應(yīng)先安排少量試運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟后在逐步推廣使用。對(duì)于施工中的人員過失問題應(yīng)加強(qiáng)施工前期管理。
        5.2因設(shè)備老化的運(yùn)行故障占年事故總數(shù)一定比例，為減少此類事故的發(fā)生，提高設(shè)備的安全可靠性，運(yùn)行部門必須每年根據(jù)電纜線路設(shè)備運(yùn)行狀況制定相應(yīng)的更新改造計(jì)劃，把超期使用的設(shè)備替換掉，提高電纜線路的健康運(yùn)行水平。
        5.3 防止電纜*過負(fù)荷運(yùn)行或帶缺陷運(yùn)行。
        6．小結(jié)
        （1）電纜故障的主要原因是電纜絕緣損傷，而電纜絕緣受損的主要原因是外力損壞和絕緣老化變質(zhì)。
        （2）水樹枝老化和局部放電是形成電纜絕緣擊穿重要原因，而電樹枝老化則是電纜絕緣擊穿的直接原因。
        （3）電纜絕緣故障診斷當(dāng)前常用的方法是直流疊加法、低頻疊加法和直流分量法等，綜合各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，文章提出了電纜故障時(shí)電容量增加，電阻量下降形成特征信號(hào)的接地線電流法。
        （4）規(guī)范設(shè)備設(shè)計(jì)程序和驗(yàn)收，定期更換老化設(shè)備可以明顯降低電纜故障率。
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