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1、电力电缆线性高阻击穿故障的特点及定位方法2007年第5期No.52O0r7电线电缆ElectricWire&Cable200r7年1O月Oct.2007电力电缆线性高阻击穿故障的特点及定位方法罗向源(广东电网公司佛山供电局,广东佛山528200)摘要:交联聚乙烯和聚氯乙烯绝缘电力电缆的大量应用中,出现了一种新型的高阻击穿:其等效电阻相-3稳定,用兆欧表500V至5000V档测量,击穿点绝缘电阻几乎不变,该类击穿点也许不能承担高电压,但很难降低其电阻,即使施加高压脉冲也无法击穿,因此难以通过脉冲电流法,乃至二次脉冲法,三次脉冲法定位.该类高阻击穿故障被定义为线性高阻击穿故障,是目前公认的
2、定位难点.本文详细讨论其形成的原因,定位方法等.结论是:线性高阻击穿可以使用高压定位电桥直接定位;或通过合适的烧穿源降低绝缘电阻,再使用电桥或渡反射法定位,关键是烧穿源必须有足够高的电压及功率.关键词:电力电缆;线性高阻击穿故障;故障定位中图分类号:TM206;TM247.1文献标识码:A文章编号:16726901(2007)05.0016.03CharacteristicsoftheLinearIIigllResistanceBreakdownFaultinPowerCablesanditsLocationLU0Xiang.yuan(GuangdongPowerGridCo.,FoshanP
3、owerSupplyAdministration,Foshan528200,China)Abstract:InthewidespreadapplicationofXLPEandPVCpowercables,anewhighresistancebreakdownfaultisfound,whichhasthefeaturesasHows.Theequivalentresistanceisratherstable,TheinsulationresistanceatthebreakdownspotremainsalmostunchangedwhenmeasuredbyMega-ohmmeterat5
4、00V5000V.,Ihebreakdownspot.whichmaynotwith-standhighvoltages.hasaresistancethatishardtobeloweredandcannotbebrokenthroughevenbyapplicationofHVimpulses.Thusitisnotpossibletolocatesuchfaultbythepulsemethod,evenbythedoubleandtriplepulsemethods.Ihishighresistancebreakdownfaultisdefinedasthelinearhighresi
5、stancebreakdownfault,arecognizedhardto-locatefault.Thispaperpresentstheformationofthefaultandthemethodtolocateit.TheauthorconcludedthatthelinearhishresistancebreakdownfaultcailbelocateddirectlybytheHVlocationbridgeorlocatedbythebridgeorechometerafterdecreasingitsresistancebyburning(itisofkeyimportan
6、cethattheburningsourcehassufficientlyhighvoltageandpower).Keywords:powercable;linearhighresistancebreakdownfault;faultlocation0引言通过快速发展的现代电子技术的应用,电线电缆故障定位设备的性能更为完备,从进口的定位车到品种繁多的国产设备,使电缆故障定位更加容易.但仍然有些故障难以定位.本文讨论近来常见的线性高阻击穿故障的特点,难以定位的原因及解决方法.1电力电缆故障的分类及测试仪器的选用电力电缆故障有击穿(短路)及断路两大类,为便于选择仪器,从测试角度看,可细分为下述几
7、类:(1)低阻击穿故障.或称金属性短路,通常由收稿日期:2007-04-20?作者简介:罗向源(1978一),男,广东梅州人,助理工程师.作者地址:广东佛山市南海桂城海二东路528200.导电线芯及金属屏蔽层连接引起的.按波反射法分,小于电缆的特征阻抗(2O6OQ)才能称低阻短路,可使用低压脉冲法粗测定位,难点在于精测定点.此时,脉冲引起的声音很小,宜采用大电容脉冲源,并用护套故障定位的跨步电压定点法,或音频巡测法作为辅助手段来检测定位.(2)高阻击穿故障.又可分为可变型高阻击穿?及线性高阻击穿故障.可变型高阻击穿故障涵盖大部分电缆击穿点,该击穿点处于常温或低电压测量时,电阻较大,约几十千欧到
8、几百兆欧,但随着电压上升,电流急增,温度上升,等效电阻下降很快.这种故障点的测试,定位可采用高压电桥法和脉冲电流法,都是可靠的定位方法.然后精确的定点可使用脉冲声测法也不难解决.图1中的三芯钢带铠装电力电缆其长度为,B相导电线芯对钢带在.处击穿.借助于A相导电线芯作为辅助线.使用低阻值连接线短接N,Y两2007年第5期No520o7电线电缆ElectricWire&Cable2007年10月Oct.2007端线芯.L段电缆导电线芯电阻为R,L段电缆及A相电缆线芯的电阻R,与定位电桥连接后构成Murray电桥回路,其电路原理如图2所示.图1电桥定位法线路接线图相相图2电桥定位的电路原理图
9、图2中r为比例电位器总的电阻值,即r=r+r,平衡后:lRlLl2一R2一L+L2比例电位器由10圈刻度盘调节,电阻比例P可由刻度盘读取:nLlrlP式中,2L远大于L.;r远大小r,因此,r./r之值(即P值)很小,不利于仪器刻度盘上的读数,为此将r./r1000,并将读得的P值1/1000,即P值的单位即为,因此上式可改写为:P:1000:一/-11000()L1=2PL(m)由此可见,只要电桥有一定的灵敏度并能平衡,电桥法定位简单而精确.电桥的定位精度与流过电桥的电流及检流计放大器的灵敏度成正比;电桥高压源本身有500W的烧穿功率,相当于用一把500W的大烙铁烫电缆,很快在电缆附件中形成
10、稳定的电流,只需有3mA电流,便可定位.根据定位比例,结合线路情况,不难确认是哪个附件出了故障.如能看到附件,再利用电桥的烧穿能力,10min后,能感到该附件明显发热,因此利用一台电桥,便能完成电缆附件故障的定位.电缆护套缺陷点除表现出线性高阻特性,还没有良好的波特性,因此,高压电桥是电缆护套缺陷点定位最有效的方法.因交联聚乙烯(XLPE)或聚氯乙烯(PVC)绝缘电力电缆的大量应用,出现了一种新型的高阻击穿故障:其等效电阻相当稳定,用兆欧表500V至5kV档测量,击穿点绝缘电阻几乎不变.该类击穿点也许不能承担高电压,但很难降低其电阻,即使施加高压脉冲也无法击穿,因此难以通过脉冲电流法,乃至二次
11、脉冲法,三次脉冲法定位.我们称该类击穿故障为线性高阻击穿故障,是目前公认的定位难点,以下将详细讨论其形成的原因,定位方法等等.(3)闪络型击穿故障.电缆故障后,故障点的绝缘电阻很高,仍能承受相当高的电压,这类故障往往发生在电缆直流耐压或变频交流耐压试验中.这种故障测试定位的首选方法是直流闪络法,在高压脉冲作用下,声音很大,精确定点不难.(4)对于聚氯乙烯(PVC)绝缘电力电缆或无铜带屏蔽的低压电缆,由于波的传播特性不好(衰减很大),无论击穿点的电阻高或低,都应采用电桥法定位.(5)断线.电力电缆导体的截面较大,断路故障十分少见,往往发生的是多芯的同时短路,波反射法是首选的测试方法,定点则可用脉
12、冲声测法,音频探测法.2线性高阻击穿故障形成的原因线性高阻击穿故障通常发生在多芯低压配电电缆,例如聚氯乙烯绝缘护套电力电缆(VV22)的本体,XLPE电缆的附件及电缆外护套缺陷上.多芯低压配电电缆出厂试验时,在导电线芯之间及导电线芯与钢带之间施加3.5kV/1min工频电压,如果线芯绝缘层有缺陷,如沙眼,裂纹,划伤等,由于在中间质量控制中,未能被火花机检验出来;其次,不同线芯缺陷在同一位置的可能性很小,而且线芯与钢带之间有内衬层,因此,出厂试验仍然无法检验出这类缺陷.但是,当电缆敷设后,内部浸水,贯穿绝缘层的缺陷会形成水电阻,以兆欧表测量,电阻可能低至1MQ,如水较干净,电阻会更高,电缆还尚能
13、使用(电压只有380V),尽管运行人员仍不放心,但电阻稳定,难以烧穿定位.该类故障的状况普遍存在,或因没有注意,或因无法定位,因此,电缆带病运行,直到水电阻下降,漏电严重导致线路的跳闸.XLPE电缆附件的线性高阻故障是更为严重的问题,主要原因为:中间接头进水,或炭黑均匀地分布在附件及电缆之间.目前大量使用10kVXLPE电力电缆,附件质量?17?2007年第5期No.520O7电线电缆ElectricWire&Cable2007年lO月Oct.,2007及安装质量良莠不齐,质量差的热收缩中间接头弹性差,密封性不好,如果电缆被搬动,或过于弯曲,很容易进水和受潮,水分会分布在附件及电缆之间
14、1O多厘米的表面,电阻约为几兆欧到几十兆欧,有可能通过竣工试验,投入运行,但是个隐患.另一种情况是由击穿造成的线性高阻,例如中间接头中部分进水或表面部分划伤,在直流试验或运行中击穿,击穿产生的气体瞬间撑开中间接头绝缘管,击穿产生的炭黑均匀分布在附件及电缆之间,形成稳定的半导电层,其电阻的伏安特性与接头进水类似.电缆护套缺陷引起的高阻击穿故障主要由电缆周围的土壤的潮气构成的,阻值约为几千欧到几兆欧,也表现为线性高阻的特点.3线性高阻击穿故障的定位方法由于水或炭黑分布的通道较长,相当于在电缆线芯及屏蔽间并联了一个高压电阻,有时其电阻可能高达几十兆欧,能通过竣工试验,多数情况还能承受一定电压,但在加
15、压过程中因水分蒸发,泄漏电流反而降低,表现为绝缘更好了,难以降低电阻(烧穿电缆).线性高阻故障能承受的脉冲电压更高,常用的定位仪脉冲电压在3OkV以下,加上脉冲在电缆中的衰减,根本无法形成击穿.通常的解决办法是烧穿,但由于电流过小或电压不够,烧穿形成的热量小于附件的散热能力,无法通过电缆发热形成热击穿.烧穿设备也是问题,如采用试验变压器加整流硅堆,构成烧穿源,通常高压试验变压器的高压侧线圈线径小,散热不良,无法长时间输出较大的电流.因此,应有新的方法解决上述问题,我们采用了上海慧东电气设备有限公司研制的GZD型高压电桥,及ZGH耐压及恒流烧穿源,较好地解决了这些问题.利用故障点两侧的电缆线芯电
16、阻与比例电阻构成Murray电桥,是传统的,经典的电缆故障定位方法,其应用时间几乎与电缆的使用同步,有上百年的历史.定位电桥设备价格低,操作简单,我国过去曾普遍使用.由于目前大量应用的是交联聚乙烯电缆,其击穿后难以形成低阻值的导电区,击穿点电阻很高,甚至能耐高电压,呈闪烙型击穿,可是,国内现有量最大的QF2型电桥额定试验电压只有500V,无法对高阻故障定位;又因为电子技术的进步,波反射法定位得到了普及,因此,使电桥法的应用逐步减少,不为新的电缆用户所知,因此,电桥法几乎被遗忘.GZD型高压电桥,内含高频高压恒流源及高灵敏度检流计,解决了电源对电桥平衡干扰的难题,电源与电桥合为一体;测量用的电缆
17、为专用的高压电缆,采用四端法电阻测量原理,定位精度高.电桥置于高压侧,而操作钮安全接地,彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性,使电桥法无盲区,精确,方便的特点得以发挥.电桥法是基于导电线芯(或屏蔽层)的电阻均匀并与长度成比例的原理.图1为电桥定位法线路接线图.线性高阻击穿定位另外一种解决方法是通过烧穿源将电缆烧穿,上面的分析已说明,好的烧穿源应能输出高压及较大的电流,我们选用了ZGH.60/500耐压及恒流烧穿源.当击穿点的残压超过电桥输出电压,有必要使用烧穿源降低残压及电阻,根据我们的经验,15min内能烧穿110kV中间接头,如接头浸在水中,散热好,可能需要更多的时间.通过烧穿,再用电桥定位,或用高压脉冲电流法定位,当然也可用二次脉冲或三次脉冲定位.4结束语通过以上论述,可以得出如下两点的结论:(1)线性高阻击穿故障可以使用高压定位电桥直接定位.(2)或通过合适的烧穿源降低故障点的绝缘电阻,再使用电桥或波反射法定位.关键是烧穿源必须有足够高的电压及功率.参考文献:1徐丙垠.李胜祥,陈宗军,电力电缆故障探测技术M.北京:机械工业出版社,1999.2孔德武,华一威.高压电缆护套缺陷点定位方法,仪器及经验Z.上海:上海慧东电气设备有限公司(技术资料),2005.为了地球上的生命,;+请保护好自然环境i