论文部分内容阅读
【摘要】石化企业电力电缆发生故障的次数多，原因复杂，查找困难，影响面广，严重威胁石化企业生产装置的安全、平稳、长周期运行。利用传统的摇测技术很快判断出故障性质，却难以判断出故障点的具体位置，给抢修带来不便。现针对电力电缆发生故障的原因及相应对策做简要分析和介绍，以期能对从事电气工作和安全管理工作的人员有所帮助。
【关键词】电缆；故障；查找
电力电缆供电以其安全、可靠利于美化环境，其应用越来越广泛。石化企业在其化工、炼油等生产区的广泛采用电力电缆，敷设方式采用埋地或电缆沟、电缆廊道，发生故障将对企业供电系统造成波动，装置降量生产或停工。而电缆故障点查找却十分困难，往往要数小时、几天甚至几个月。因此准确、快速、经济地查寻电缆故障点，值得我们探讨。
一、电缆故障产生的原因
石化企业电缆所处环境比较差（除电缆廊道外），大多电缆沟内有污油、污水、部分恶劣的还受汽油、蒸汽的影响，造成电缆使用寿命短，从故障产生的原因大致有如下几方面：
1、机械损伤
机械损伤引起电缆故障占电缆事故的比例很大，如电缆外统包绝缘层划伤、挂伤；拖电缆时摩擦致伤；电缆过渡弯曲而损伤等。机械损伤大部分当时并没有造成故障，而时间长了受伤部位才发展成故障。
2、绝缘受潮
电缆绝缘受潮后会引起故障，造成受潮主要是电缆接头盒或终端盒密封不良导致进水，外护套损伤、电缆沟内环境差积水或既当电缆沟又当排水沟。
3、绝缘老化变质
电缆老化除自然寿命已到自然老化外，绝大多数是由于电缆局部过热使绝缘层碳化变质。而造成电缆局部过热的原因有电缆过负荷运行、电缆中间头、接头质量差、接头发热等。
4、电缆管理保存不力
电力电缆从制造厂拉回存放在电缆库或直接送现场，一般企业施工前对电缆进行耐压试验，试验后往往没有对电缆头进行封堵防潮、防雨处理，使一些没及时做头的电缆受潮甚至进水（雨天），时间长了造成电缆绝缘层受潮、脏污和老化。
5、电缆头制作工艺不良
电缆头制作时天气条件恶劣，如下雨。电缆头防水、电场分布处理不均匀，电缆电晕放电。制作材料不合格、脏污、工艺不良等。
通过对电缆故障原因的分析，对减少电缆损坏，快速判断出电缆故障点是十分有益的。
二、电缆故障的类型
电缆故障点可以用以下电路来等效：
Rf：代表电缆绝缘电阻。取决于电缆介质的碳化程度。
G：代表击穿间隙。
Cf：代表局部分布电容。取决于故障点受潮的程度，数值很小一般可忽略。
根据电缆故障电阻与击穿间隙情况。电缆故障可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障。
Z0：为电缆的波阻抗值，电力电缆一般在10——40Ω之间。
三、电缆故障查找方法
1、低压脉冲法
低压脉冲反射法（以下简称低压脉冲法）用于测量电缆的低阻、短路与断路故障。还可用于区分电缆的中间头、T型接头与终端头等。 其工作原理是：测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来。波形上发射脉冲与反射脉冲的时间差△t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V，则阻抗不匹配点距离，可由：距离=速度×时间 计算出来。
如图：
观察示波仪上波型，可以判定故障的性质。断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，而短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。识别图形应注意：在实际中测量波形变化较多，需要查寻人员有一定的经验和技巧，要正确理解波形，才能准确地测出故障距离。一般说来，开路与短路的故障反射比较强而中间接头反射弱，低阻故障电阻值越小反射越强烈。其典型故障的脉冲反射波形如下：
（1）断路故障，脉冲在断路点产生全反射，反射脉冲与发送脉冲同极性。
断路故障脉冲反射波形
（2） 短路故障，脉冲在短路点产生全反射，反射脉冲与发送脉冲极性相反。
短路故障脉冲反射波形
（3）低阻故障
电缆中点之前的低阻故障脉冲反射波形
电缆中点之后的低阻故障脉冲反射波形
在判断波形时，可以采取比较同一电缆好、坏芯线的波形来判断，先看良好芯线的波形，再看故障芯线的波形。将二波形比较，看二波形的差别，造成这种差别原因是故障点。这一不同点就是所要找的故障点。如下图：示波仪不具有比较功能，因此在工作中要进行多次来回比较，这要求使用人员特别细心。在计算距离时，要选择波形的拐点或波形前沿的切线与波形水平线的交点作为起始点。
2、冲闪法
1）在故障点电阻不很高时，因直流泄漏电流较大，电压几乎全降到了高压试验设备的内阻上去了，电缆上电压很小，故障点形不成闪络，必须使用冲击高压闪络测试法，简称冲闪法。冲闪法亦适用于测试大部分闪络性故障。在预防性试验中出现的电缆故障多属于该类故障。而一些故障点在几次闪络放电之后，往往造成故障点电阻下降。
目前有的电缆故障查寻设备查找的方法是先用冲闪法。后用低压脉冲法观察波形，再根据所测距离，利用对电缆进行击穿放电产生振动和听到“啪，啪”的响声沿电缆查找。注意高阻故障用低压脉冲法观察波形时较难判断故障点，所以要先進行闪络放电造成故障点电阻下降，形成低阻后再用低压脉冲法观察波形。因波形不明显未能准确找到故障反而引起误导。
2）接线冲闪法接法如图：
T1为调压器、T2为高压升压试验变压器，容量在1.0千伏安，输出电压在30～60千伏之间，变比为10000/100；C为储能电容器，电容容量宜选4微法。D、R为灯炮，相当于整流二极管。G为储能电容C与电缆之间串入的间隙。 工作原理：通过调节调压升压器对电容C充电，当电容C上电压足够高时，间隙G击穿，电容C对电缆放电，这一过程相当于把直流电源电压突然加到电缆上去。当加到电缆上的电压足够高时故障点就击穿放电。间隙击穿与否与间隙距离及所加电压幅值有关，距离越大，间隙击穿所需电压越高，通过间隙加到电缆上的电压越高。而电缆故障点能否击穿取决于故障点电压是否超过临界击穿电压，如果间隙较小，电缆上得到的冲击高压小于故障点击穿电压，故障点就不会击穿。在实际工作中间隙大小要多次调整，我们平时的经验是调节调压器二次到40V时，间隙开始放电，声音不大，应用时调到6OV——75V间隙放电声清脆响亮，火花较大时为合适。
3、直流电压、电流烧伤降阻法
直流电压、电流烧伤降阻法用于测量闪络击穿性故障，即故障点电阻极高，在用高压试验设备把电压升到一定值时就产生闪络击穿的故障。而这些故障点采用烧伤后，往往故障点电阻下降。当故障点电阻降低后可用前面两种方法去查找，当然在烧伤的过程中也可沿电缆走向去查寻。
工作原理：当空气开关合上后通过烧伤变压器在电缆侧得到一个高电压（交流10000V、直流约有5000V）、大电流（经验值约1A）。此电流主要为故障点的直流泄漏电流。故障点绝缘在高电压、大电流的作用下产生电击穿（介质中电子流“雪崩”加剧，造成绝缘介质击穿）与热击穿（由于介质损耗所产生的热量使绝缘介质温度升高）。当电流表电流突然上升时，说明快击穿，当故障点击穿时产生大电流将使空气开关跳闸。
烧伤法接线如图：
T2：烧伤变压器400/10000V；D、R：高压硅整流器堆；
QF：空气开关CM132A或CM163A；A：电流表。
四、电缆的故障点的查找
目前在电缆故障定点查找是利用故障放电声音定点，使用与冲闪法测试相同的高压设备及接线方式，使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到“啪、啪”的声音，利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点。
五、结束语
总之，对电力电缆所出现的异常、隐患、缺陷以及所出现的故障，应通过认真总结和分析其产生的原因及类型，借此有针对性地提出切实有效地查找方法，快速、准确的查出故障点，以保证石化装置“安、稳、长、满、优”运行。
参考文献
[1]《常用電气设备故障诊断技术》；中国电力出版社，北京，2002年
[2]《电缆故障分析与测试》；中国电力出版社，北京，2005年
【关键词】电缆；故障；查找
电力电缆供电以其安全、可靠利于美化环境，其应用越来越广泛。石化企业在其化工、炼油等生产区的广泛采用电力电缆，敷设方式采用埋地或电缆沟、电缆廊道，发生故障将对企业供电系统造成波动，装置降量生产或停工。而电缆故障点查找却十分困难，往往要数小时、几天甚至几个月。因此准确、快速、经济地查寻电缆故障点，值得我们探讨。
一、电缆故障产生的原因
石化企业电缆所处环境比较差（除电缆廊道外），大多电缆沟内有污油、污水、部分恶劣的还受汽油、蒸汽的影响，造成电缆使用寿命短，从故障产生的原因大致有如下几方面：
1、机械损伤
机械损伤引起电缆故障占电缆事故的比例很大，如电缆外统包绝缘层划伤、挂伤；拖电缆时摩擦致伤；电缆过渡弯曲而损伤等。机械损伤大部分当时并没有造成故障，而时间长了受伤部位才发展成故障。
2、绝缘受潮
电缆绝缘受潮后会引起故障，造成受潮主要是电缆接头盒或终端盒密封不良导致进水，外护套损伤、电缆沟内环境差积水或既当电缆沟又当排水沟。
3、绝缘老化变质
电缆老化除自然寿命已到自然老化外，绝大多数是由于电缆局部过热使绝缘层碳化变质。而造成电缆局部过热的原因有电缆过负荷运行、电缆中间头、接头质量差、接头发热等。
4、电缆管理保存不力
电力电缆从制造厂拉回存放在电缆库或直接送现场，一般企业施工前对电缆进行耐压试验，试验后往往没有对电缆头进行封堵防潮、防雨处理，使一些没及时做头的电缆受潮甚至进水（雨天），时间长了造成电缆绝缘层受潮、脏污和老化。
5、电缆头制作工艺不良
电缆头制作时天气条件恶劣，如下雨。电缆头防水、电场分布处理不均匀，电缆电晕放电。制作材料不合格、脏污、工艺不良等。
通过对电缆故障原因的分析，对减少电缆损坏，快速判断出电缆故障点是十分有益的。
二、电缆故障的类型
电缆故障点可以用以下电路来等效：
Rf：代表电缆绝缘电阻。取决于电缆介质的碳化程度。
G：代表击穿间隙。
Cf：代表局部分布电容。取决于故障点受潮的程度，数值很小一般可忽略。
根据电缆故障电阻与击穿间隙情况。电缆故障可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障。
Z0：为电缆的波阻抗值，电力电缆一般在10——40Ω之间。
三、电缆故障查找方法
1、低压脉冲法
低压脉冲反射法（以下简称低压脉冲法）用于测量电缆的低阻、短路与断路故障。还可用于区分电缆的中间头、T型接头与终端头等。 其工作原理是：测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来。波形上发射脉冲与反射脉冲的时间差△t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V，则阻抗不匹配点距离，可由：距离=速度×时间 计算出来。
如图：
观察示波仪上波型，可以判定故障的性质。断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，而短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。识别图形应注意：在实际中测量波形变化较多，需要查寻人员有一定的经验和技巧，要正确理解波形，才能准确地测出故障距离。一般说来，开路与短路的故障反射比较强而中间接头反射弱，低阻故障电阻值越小反射越强烈。其典型故障的脉冲反射波形如下：
（1）断路故障，脉冲在断路点产生全反射，反射脉冲与发送脉冲同极性。
断路故障脉冲反射波形
（2） 短路故障，脉冲在短路点产生全反射，反射脉冲与发送脉冲极性相反。
短路故障脉冲反射波形
（3）低阻故障
电缆中点之前的低阻故障脉冲反射波形
电缆中点之后的低阻故障脉冲反射波形
在判断波形时，可以采取比较同一电缆好、坏芯线的波形来判断，先看良好芯线的波形，再看故障芯线的波形。将二波形比较，看二波形的差别，造成这种差别原因是故障点。这一不同点就是所要找的故障点。如下图：示波仪不具有比较功能，因此在工作中要进行多次来回比较，这要求使用人员特别细心。在计算距离时，要选择波形的拐点或波形前沿的切线与波形水平线的交点作为起始点。
2、冲闪法
1）在故障点电阻不很高时，因直流泄漏电流较大，电压几乎全降到了高压试验设备的内阻上去了，电缆上电压很小，故障点形不成闪络，必须使用冲击高压闪络测试法，简称冲闪法。冲闪法亦适用于测试大部分闪络性故障。在预防性试验中出现的电缆故障多属于该类故障。而一些故障点在几次闪络放电之后，往往造成故障点电阻下降。
目前有的电缆故障查寻设备查找的方法是先用冲闪法。后用低压脉冲法观察波形，再根据所测距离，利用对电缆进行击穿放电产生振动和听到“啪，啪”的响声沿电缆查找。注意高阻故障用低压脉冲法观察波形时较难判断故障点，所以要先進行闪络放电造成故障点电阻下降，形成低阻后再用低压脉冲法观察波形。因波形不明显未能准确找到故障反而引起误导。
2）接线冲闪法接法如图：
T1为调压器、T2为高压升压试验变压器，容量在1.0千伏安，输出电压在30～60千伏之间，变比为10000/100；C为储能电容器，电容容量宜选4微法。D、R为灯炮，相当于整流二极管。G为储能电容C与电缆之间串入的间隙。 工作原理：通过调节调压升压器对电容C充电，当电容C上电压足够高时，间隙G击穿，电容C对电缆放电，这一过程相当于把直流电源电压突然加到电缆上去。当加到电缆上的电压足够高时故障点就击穿放电。间隙击穿与否与间隙距离及所加电压幅值有关，距离越大，间隙击穿所需电压越高，通过间隙加到电缆上的电压越高。而电缆故障点能否击穿取决于故障点电压是否超过临界击穿电压，如果间隙较小，电缆上得到的冲击高压小于故障点击穿电压，故障点就不会击穿。在实际工作中间隙大小要多次调整，我们平时的经验是调节调压器二次到40V时，间隙开始放电，声音不大，应用时调到6OV——75V间隙放电声清脆响亮，火花较大时为合适。
3、直流电压、电流烧伤降阻法
直流电压、电流烧伤降阻法用于测量闪络击穿性故障，即故障点电阻极高，在用高压试验设备把电压升到一定值时就产生闪络击穿的故障。而这些故障点采用烧伤后，往往故障点电阻下降。当故障点电阻降低后可用前面两种方法去查找，当然在烧伤的过程中也可沿电缆走向去查寻。
工作原理：当空气开关合上后通过烧伤变压器在电缆侧得到一个高电压（交流10000V、直流约有5000V）、大电流（经验值约1A）。此电流主要为故障点的直流泄漏电流。故障点绝缘在高电压、大电流的作用下产生电击穿（介质中电子流“雪崩”加剧，造成绝缘介质击穿）与热击穿（由于介质损耗所产生的热量使绝缘介质温度升高）。当电流表电流突然上升时，说明快击穿，当故障点击穿时产生大电流将使空气开关跳闸。
烧伤法接线如图：
T2：烧伤变压器400/10000V；D、R：高压硅整流器堆；
QF：空气开关CM132A或CM163A；A：电流表。
四、电缆的故障点的查找
目前在电缆故障定点查找是利用故障放电声音定点，使用与冲闪法测试相同的高压设备及接线方式，使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到“啪、啪”的声音，利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点。
五、结束语
总之，对电力电缆所出现的异常、隐患、缺陷以及所出现的故障，应通过认真总结和分析其产生的原因及类型，借此有针对性地提出切实有效地查找方法，快速、准确的查出故障点，以保证石化装置“安、稳、长、满、优”运行。
参考文献
[1]《常用電气设备故障诊断技术》；中国电力出版社，北京，2002年
[2]《电缆故障分析与测试》；中国电力出版社，北京，2005年