论文部分内容阅读
【摘要】电力电缆由于具有供电安全可靠、优化城市布局等优点，是农村配电网的重要组成部分。本文对农村配电网电缆常见的故障原因进行了分析和分类，然后介绍了新型的在线监测与故障诊断技术。
【关键词】配网；电缆；监测
1.引言
电缆由于具有供电安全可靠、优化城市布局等优点，是农村配电网的重要组成部分。由于绝缘老化变质、过热、过电压、机械损伤、腐蚀、绝缘受潮等原因，可能产生各种故障，导致线路停电，不仅会给正常生产和生活造成混乱，还会造成巨大的经济损失。电缆绝缘故障的在线监测技术能将电缆在发生故障前将其绝缘缺陷检测出来，及时修复缺陷电缆，避免设备运行过程中发生停电故障，具有重要的实际意义[1-2]。如何迅速、准确地判断故障点，是故障诊断的重要研究内容之一。随着计算机技术和测量手段的发展，电缆在线监测和故障测试手段也不断提高。
2.电缆常见故障
2.1 故障原因
电缆的故障原因可大致归纳如下[3]：
①绝缘老化变质 电缆绝缘长期在电磁作用下工作，要受到伴随电磁作用而来的化学、热和机械作用，从而使介质发生物理化学变化，使介质的绝缘下降，这是一种不可避免的老化过程。
②过热 电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热，使绝缘炭化。
③机械损伤 如挖掘等外力造成的损伤。这种电缆故障也很常见，施工人员对电缆走向不明，或根本没有意识到要保护电缆，往往造成这种事故。
④护层的腐蚀 因受土壤内酸、碱和杂散电流的影响，埋地电缆的铅或铝包将遭到腐蚀而损坏。
⑤绝缘受潮 中间接头或终端头在结构上不密封或安装质量不好而造成绝缘受潮。
⑥过电压 过电压主要指大气过电压和系统内部过电压，许多户外终端接头的故障是由大气过电压引起的。电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的情况下发生故障。
⑦材料缺陷 电缆制造的问题，电缆附件制造上的缺陷和对绝缘材料的维护管理不善等使电缆内部产生气泡等，在电压作用下可能使电缆发生故障。
⑧设计和制作的工艺问题 因为电缆附件的制作多数要现场制作，而现场的条件无论如何也远远不如电缆生产车间，所以电缆附件的制作质量往往具有决定意义，无数的事实也说明这一点。大多数电缆故障位置发生在电缆头。
2.2 故障分类
从故障形式上电缆故障可分为串联和并联故障。串联故障是指电缆一个或多个导体断开；并联故障是指导体对外皮或导体之间的绝缘下降，从而不能承受正常运行电压。电缆故障电流过大往往会烧断线路，引发导体断路，一般同时会有相间绝缘下降或并联接地的情况。实际中电缆发生的大多数故障是由于单相对地绝缘下降从而引发的故障。
根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为开路、低阻、高阻和闪络性故障[4-5]。
①开路故障也可称为断路故障：电缆的各线芯绝缘良好，但是有一芯或数芯导体断路，发生不导通的情况，具体表现为工作电流不能传送到终端，或者终端有电压，但负载能力很差，但是电缆相间或相对地绝缘电阻在所要求的范围内。
②低阻绝缘故障：按照工程实践的惯例，凡是电缆故障点的残余绝缘电阻小于10倍电缆特性阻抗的电缆绝缘故障称为低阻绝缘故障，虽然这种定义方法有一定的局限性，但是能大致的概括出低阻故障的特性。
③高阻故障：按照工程实践的惯例，把电缆故障点的残余绝缘电阻大于10倍电缆特性阻抗的故障均称为高阻故障。
④闪络性故障：可描述为试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针间歇性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。
3.在线监测与故障测试技术
目前，对电缆进行在线监测的方法很多，主要有绝缘介损法、局部放电检测法和分布式温度检测法[6-8]。
3.1 绝缘介损法;
用测介损的方法在线检测电缆的绝缘状态，这与对所有电容性设备在线检测介损的方法一样。对多路电缆进行介损巡回监测时，同样可以由电压互感器处获取电压的相位进行比较。一般认为，介损值往往反映的是普遍性的缺陷，个别的较集中的缺陷不会引起整根电缆所测到的介损值的显著变化。
3.2 局部放电监测法
电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化，预示着电缆绝缘一定存在着可能危及电缆安全运行寿命的缺陷。因此，准确测量电力电缆的局部放电量是判断该电缆绝缘品质的最直观、最理想、最有效的方法。国内专家学者和IEC、IEEE、CIGRE等国际电力权威组织一致推荐局部放电试验是交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法。
3.3 分布式温度检测法：
温度在线监测系统主要由计算机、温度采集模块、传感器3部分组成。計算机通过RS-232或者RS-485转换模块精油电缆与各温度采集模块相连，利用分散在各处的传感器把温度信息汇总到温度采集模块，再通过RS-485总线上传到计算机，由计算机软件进行温度数据的读取、处理和显示。通过实时监测电缆各部分的温度状态信息，能在电缆发生故障之前发出报警，并在故障发生时，快速找到故障点。
4.结论与展望
本文总结了电缆常见的故障原因和类型，介绍了电缆在线监测和故障测试的新方法。分析认为分布式温度检测法是目前对农村配电网电缆进行预防性检修的有效手段，局部放电检测法如能在今后的研究中提高抗电磁干扰能力，也将成为电缆预防性检修的重要手段。
参考文献
[1]邢海文.电力电缆故障诊断技术的研究[D].南宁:广西大学,2005
[2]胡文堂.电线电缆[M].北京:中国电力出版社,2003
[3]柴旭峥,关根志,黄海鲲.交联聚乙烯电力电缆的绝缘在线监测技术[J].电线电缆,2002,6:31-33
[4]刘明生.电力电缆故障的测寻[M].北京:冶金工业出版社,1985
[5]李明华,闰春江,严璋.高压电缆故障测距及定位方法[J].高电压技术,2002,38(6):38-40.
[6] 张瑛.交联聚乙烯电缆局部放电检测技术[J].供用电,2006,23(6):49-50
[7]李勇.基于分布式光纤温度传感器的高压电缆在线监测系统设计[J].电工技术,2011(1):51-52
[8]徐绍,军陈平.110 /220kV XLPE电缆运行状况在线监测[J].电子技术,2006(5): 5-7.
【关键词】配网；电缆；监测
1.引言
电缆由于具有供电安全可靠、优化城市布局等优点，是农村配电网的重要组成部分。由于绝缘老化变质、过热、过电压、机械损伤、腐蚀、绝缘受潮等原因，可能产生各种故障，导致线路停电，不仅会给正常生产和生活造成混乱，还会造成巨大的经济损失。电缆绝缘故障的在线监测技术能将电缆在发生故障前将其绝缘缺陷检测出来，及时修复缺陷电缆，避免设备运行过程中发生停电故障，具有重要的实际意义[1-2]。如何迅速、准确地判断故障点，是故障诊断的重要研究内容之一。随着计算机技术和测量手段的发展，电缆在线监测和故障测试手段也不断提高。
2.电缆常见故障
2.1 故障原因
电缆的故障原因可大致归纳如下[3]：
①绝缘老化变质 电缆绝缘长期在电磁作用下工作，要受到伴随电磁作用而来的化学、热和机械作用，从而使介质发生物理化学变化，使介质的绝缘下降，这是一种不可避免的老化过程。
②过热 电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热，使绝缘炭化。
③机械损伤 如挖掘等外力造成的损伤。这种电缆故障也很常见，施工人员对电缆走向不明，或根本没有意识到要保护电缆，往往造成这种事故。
④护层的腐蚀 因受土壤内酸、碱和杂散电流的影响，埋地电缆的铅或铝包将遭到腐蚀而损坏。
⑤绝缘受潮 中间接头或终端头在结构上不密封或安装质量不好而造成绝缘受潮。
⑥过电压 过电压主要指大气过电压和系统内部过电压，许多户外终端接头的故障是由大气过电压引起的。电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的情况下发生故障。
⑦材料缺陷 电缆制造的问题，电缆附件制造上的缺陷和对绝缘材料的维护管理不善等使电缆内部产生气泡等，在电压作用下可能使电缆发生故障。
⑧设计和制作的工艺问题 因为电缆附件的制作多数要现场制作，而现场的条件无论如何也远远不如电缆生产车间，所以电缆附件的制作质量往往具有决定意义，无数的事实也说明这一点。大多数电缆故障位置发生在电缆头。
2.2 故障分类
从故障形式上电缆故障可分为串联和并联故障。串联故障是指电缆一个或多个导体断开；并联故障是指导体对外皮或导体之间的绝缘下降，从而不能承受正常运行电压。电缆故障电流过大往往会烧断线路，引发导体断路，一般同时会有相间绝缘下降或并联接地的情况。实际中电缆发生的大多数故障是由于单相对地绝缘下降从而引发的故障。
根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为开路、低阻、高阻和闪络性故障[4-5]。
①开路故障也可称为断路故障：电缆的各线芯绝缘良好，但是有一芯或数芯导体断路，发生不导通的情况，具体表现为工作电流不能传送到终端，或者终端有电压，但负载能力很差，但是电缆相间或相对地绝缘电阻在所要求的范围内。
②低阻绝缘故障：按照工程实践的惯例，凡是电缆故障点的残余绝缘电阻小于10倍电缆特性阻抗的电缆绝缘故障称为低阻绝缘故障，虽然这种定义方法有一定的局限性，但是能大致的概括出低阻故障的特性。
③高阻故障：按照工程实践的惯例，把电缆故障点的残余绝缘电阻大于10倍电缆特性阻抗的故障均称为高阻故障。
④闪络性故障：可描述为试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针间歇性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。
3.在线监测与故障测试技术
目前，对电缆进行在线监测的方法很多，主要有绝缘介损法、局部放电检测法和分布式温度检测法[6-8]。
3.1 绝缘介损法;
用测介损的方法在线检测电缆的绝缘状态，这与对所有电容性设备在线检测介损的方法一样。对多路电缆进行介损巡回监测时，同样可以由电压互感器处获取电压的相位进行比较。一般认为，介损值往往反映的是普遍性的缺陷，个别的较集中的缺陷不会引起整根电缆所测到的介损值的显著变化。
3.2 局部放电监测法
电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化，预示着电缆绝缘一定存在着可能危及电缆安全运行寿命的缺陷。因此，准确测量电力电缆的局部放电量是判断该电缆绝缘品质的最直观、最理想、最有效的方法。国内专家学者和IEC、IEEE、CIGRE等国际电力权威组织一致推荐局部放电试验是交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法。
3.3 分布式温度检测法：
温度在线监测系统主要由计算机、温度采集模块、传感器3部分组成。計算机通过RS-232或者RS-485转换模块精油电缆与各温度采集模块相连，利用分散在各处的传感器把温度信息汇总到温度采集模块，再通过RS-485总线上传到计算机，由计算机软件进行温度数据的读取、处理和显示。通过实时监测电缆各部分的温度状态信息，能在电缆发生故障之前发出报警，并在故障发生时，快速找到故障点。
4.结论与展望
本文总结了电缆常见的故障原因和类型，介绍了电缆在线监测和故障测试的新方法。分析认为分布式温度检测法是目前对农村配电网电缆进行预防性检修的有效手段，局部放电检测法如能在今后的研究中提高抗电磁干扰能力，也将成为电缆预防性检修的重要手段。
参考文献
[1]邢海文.电力电缆故障诊断技术的研究[D].南宁:广西大学,2005
[2]胡文堂.电线电缆[M].北京:中国电力出版社,2003
[3]柴旭峥,关根志,黄海鲲.交联聚乙烯电力电缆的绝缘在线监测技术[J].电线电缆,2002,6:31-33
[4]刘明生.电力电缆故障的测寻[M].北京:冶金工业出版社,1985
[5]李明华,闰春江,严璋.高压电缆故障测距及定位方法[J].高电压技术,2002,38(6):38-40.
[6] 张瑛.交联聚乙烯电缆局部放电检测技术[J].供用电,2006,23(6):49-50
[7]李勇.基于分布式光纤温度传感器的高压电缆在线监测系统设计[J].电工技术,2011(1):51-52
[8]徐绍,军陈平.110 /220kV XLPE电缆运行状况在线监测[J].电子技术,2006(5): 5-7.