10kV电缆故障查找及定位技术的分析

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  【摘  要】信息技术的发展速度不断加快,带动中国經济水平的提升,人们生产生活中的电能使用量增加,导致电能供应不足的问题存在。为了提高用电效率,保证电能使用安全,就需要保证电缆的安全使用。10kV电缆的覆盖面非常广泛,但是由于普遍在地下铺设,而且运行环境复杂,长期持续地运用中就会导致故障发生,而且对于故障区域难以定位,严重影响了电能使用的安全可靠性,甚至造成人财物浪费。对于此,需要采取相应的措施解决。本论文着重于研究10kV电缆故障查找及定位技术。
  【关键词】10kV;电缆故障;查找;定位技术
  引言
  中国进一步深化改革的进程中,对于基础工业有了更高的要求,特别是供电企业的电能供应质量直接关乎到人们的生产生活。这就需要强化电力建设,保证电能安全可靠供应。10kV电缆是电力线中的重要部分,其覆盖面非常广,具有一定的安全可靠性,故障发生率比较低,而且出线灵活。但是,随着电缆的长期使用,电缆出现故障是在所难免的,特别是10kV电缆普遍在地下铺设,当发生故障的时候,很难准确定位,导致电缆检修难度大大增加。虽然10kV电缆的故障发生率比较低的,但是使用时间越长,发生故障的概率就越高,特别是恶劣环境中运行的电缆,或者电缆铺设比较复杂的情况下,对于电缆故障很难查询到,如果依然采用传统的定位技术,很难对故障点准确定位。为了保证电缆故障维修工作顺利展开,就需要采用新的定位技术,使得故障点能够快速查找出来并精确定位,确保电缆处于正常运行状态,电能供应持续稳定。
  一、10 kV电缆故障的种类以及原因
  10kV电缆使用的过程中如果发生故障,就需要对故障的位置精确定位,对电缆故障的种类进行判断,分析产生故障的原因。在对地10kV电缆故障进行检测的时候,对于各种影响因素都要考虑到,具体如下。
  (一)由于电缆机械伤害导致的电缆故障
  10kV电缆运行中如果发生故障,首先需要考虑的就是是否存在电缆机械伤害的问题。现在各个地区的施工项目很多,一些施工单位在展开施工之前虽然对现场进行了调查,但是由于地下管线比较隐秘,导致施工单位对于地下管线布局没有充分掌握,在施工的过程中对10 kV电缆造成不同程度的损坏,电缆故障因此发生,甚至会因此导致大范围的停电事故[1]。出现这种电缆故障的主要原因是在电缆被损坏之后出现了断线的问题或者电缆短路的问题。10k V 电缆由于机械伤害导致的故障发生率是很高的比率可高达 60% 以上,如果发生故障,就会导致用电安全问题。一些地区由于市政工程建设中没有按照要求施工,就会对电缆造成外力破坏,使得10kV 电缆遭到机械性损伤,影响电缆的使用性能。
  (二)由于电缆出现绝缘老化导致的电缆故障
  10kV 电缆与其他电缆存在不同之处,当电缆处于长期持续运行状态的时候,在高电压范围中会散发热量,逐渐地,电缆绝缘就会劣化,使得绝缘强度达到降低,甚至造成崩溃。比如,某城区的10kV 电缆电缆已经使用超过10年,由于长期以来在高压状态下运行,加之没有做好日常的维护工作,导致电缆绝缘老化,时长出现接地故障或者短路的故障。对于10kV 电缆运行故障进行检修可以明确,当电缆在运行中存在绝缘劣化导致的电缆故障可以达到15%至20%。一些10kV 电缆在型号的选择上如果缺乏科学合理性,就会使得电缆处于持续高负荷运行状态,加之电缆散热对绝缘的影响,或者电缆与热源接近,就会使得电缆绝缘出现劣化的问题,因此导致电缆故障[2]。
  (三)由于电缆绝缘受潮导致的电缆故障
  10 kV电缆在地下铺设,如果地下环境潮湿,就会导致电缆运行故障。当10 kV电缆产生故障的时候,通常是不可见的,不能直接观察到,需要采用检测的方式进行故障检查。通过使用绝缘电阻对这种故障进行检测,就会发现,当电缆在潮湿的环境中长期运行的时候,通常会导致电缆短路故障或者出现接地故障。10kV电缆故障中,由于受潮导致的绝缘故障可以达到10%至15% [3]。对于这种现象,可以采用直流耐压试验的方法测得,或者使用绝缘电阻也可以明确电缆绝缘受潮的程度,通过检测可以明确,通常电缆在超市的环境中长期运行,会造成整体绝缘电阻受到影响,会出现泄流电流上升的问题。10kV电缆头如果封实不够严密,安装中存在质量问题,就会导致电缆上有小孔或者电缆表面产生裂缝,电缆的外护层被刺穿,使得电缆绝缘受潮,导致故障发生。
  (四)由于电源外皮存在电腐导致的电缆故障
  10 kV电缆由于电腐导致的电缆故障,主要是由于电缆长期处于潮湿的环境中运行,在电缆的附近环境中有比较强的电力场,如果电力过强就会对电缆的铝壳击穿,此时如果环境潮湿,电缆周围的水分很多,水分就会逐渐渗入到电缆中,导致电腐蚀的问题,因此造成绝缘层损坏,造成短路的问题[4]。
  (五)由于电缆超负荷导致的电缆故障
  10 kV电缆长期持续运行,但是要局限在规定的负荷范围内,如果出现超负荷的问题,就会出现过电流的问题或者过电压的问题,都会使得电缆过早地损坏。电流能够产生热效应,当电缆中有电流流过的时候,介质出现损耗,有大量的热量生成,价值电缆处于运行状态的时候会产生热量,使得电缆的负载增加,电缆的温度越来越高[5]。如果是在温度较高的环境中,尤其是在夏季,电缆的损坏几率就会很高。如果电缆运行的过程中起内部有电压问题产生的时候,电缆线的绝缘非常容易被击穿。
  (六)由于其他导致的电缆故障
  如果10 kV电缆接地缺乏可靠性,当长期持续运行的时候,很有可能存在超压的问题或者欠压的问题,电缆因此出现故障,不仅会造成停电,甚至发生火灾事故,因此造成严重的经济损失。如果出现这种小故障,连锁反应就是电缆出现短路故障、电缆的接地受到影响而产生故障,电缆运行的过程中出现断线的故障[6]。   二、10 kV电缆故障的查找和定位
  (一)采用聲测法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  在查找10 kV电缆故障的时候可以采用SYB模拟高压变压器,结合使用电容器,在充电和放电的过程中对电缆故障进行排查。使用声测法的时候,需要根据电缆放电打火所产生的声音对故障进行判断,可以定位电缆故障所在的位置。如果10 kV电缆为自埋地式的,就要对周围环境有很高的要求,不能太过嘈杂。
  (二)采用电表检测法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  10 kV电缆在高压击穿作用下导致故障,如果受到机械损害也会导致故障,最为常见的是电缆断线。对于这种故障,可以使用万用表检测地的方法对电缆故障进行查找、定位。在检测电缆的时候,可将万用表的正极和负极在电缆的两端连接,调到欧姆挡[7]。当数字万用变的读数为0的时候,或者机械万用表的指针固定不变,没有产生偏移的时候,就意味着这段电缆没有产生故障。相反,如果数字万用表有读数不为0,或者机械万用表的指针产生了明显的偏移,就意味着是这一段电缆产生故障。在对故障的排查过程中,对于已经产生故障的电缆可以划分为两段,继续用上面的方法排查,直到找到故障所在的位置为止[8]。
  (三)采用惠斯登电桥法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  如果电缆在运行的过程中出现短路的问题,使用惠斯登电桥法就可以检测发生短路的电缆两端的电阻值,较大电阻值的一端记为Rl,较小电阻值的一端记为R2,采用实地测量的方法就获得电缆的总长度,可以将其记为L,短路点到R1之间的距离使距离为La,短路点至另一端R2的距离为Lb。按照惠斯登电桥测电阻方法,当当电桥处于平衡状态的时候,则有:
  X=2LR1/(R1+R2)
  也就是说,采用这种方法对故障点定位的时候,需要U型选择一个参考性,为完好的 B,在测量之前将高压电桥两根测量信号的连接线与 A相的线芯接触 和与 B 相的线芯接触,将短路线充分利用起来,应用高压电桥就可以获得测量数值,确定故障点所在具体位置。
  (四)采用高压闪络测量法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  采用高压闪络测量法查找并定位10 kV电缆故障点,是通过测量结合测试的方法就可以对故障所造位置准确定位。在电缆故障中,10 kV电力电缆的接地故障占有很大的比例,而且导致这种故障的因素有很多。当电缆出现接地故障的时候,主要体现为绝缘介质所具备的抗电强度有所下降,此时故障点有较高的阻值,当测量的时候发现电流很小,即便检测仪器仪表的敏感度很高,也很难测量到准确的结果[9]。由于故障点等效电阻与电缆特性的电阻是等同的,反应不够灵敏,所以不能得到反射回来的脉冲,因此对于故障的侧向不够准确。但是如果将放电球隙的间隙调高一些,高压电流也相应地提高,对接收装置的灵敏度进行调节,测量的准确性就会有所提高。
  (五)采用等电位测量法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  对10 kV电缆故障进行查找和定位的过程中采用等电位测量法,在测量的过程中所选的故障电缆要保证规格相同、长度相等,才能获得准确的测量结果。将这条电缆并联在故障电缆上,让伏安特性表的负极处于接地状态,在并联电缆中正极从一端移动,当伏安特性表的读数是零的时候,就不再移动了,这个时候可以明确电缆故障的具体位置。
  (六)采用高压闪络法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  对10 kV电缆故障进行查找和定位过程中采用高压闪络法,可以根据需要选择低压脉冲法或者选择高压脉冲法。采用低压脉冲法进行检测,如果电缆为短路故障、开路故障或者低阻故障的时候,可以采用这种测量方法,当测量波速度,对电缆的长度进行测量或则对T 形接头与终端头进行测量的时候,这种方法也是比较有效的。高压闪络法的应用中,是将低压脉冲信号从测试端口传输到另一个 10kV 电缆,信号会在电缆中持续传输,当传输到电缆故障所在位置的时候,就会出现阻抗不匹配的问题,此时就会出现反射脉冲。对故障点的具体定位中,则需要根据发射脉冲的往返时间和反射脉冲的往返时间计算电缆的具体位置。如果采用高压脉冲法,就需要将高压信号充分利用起来,使得电力电缆故障在短时间内就会转变为低阻故障或者短路故障。采用这种方法的主要原因是由于故障点反射系数接近1,这个时候故障点会产生明显的反射。这种方法可以划分为冲闪法和直闪法。采用这种测试方法的时候,电缆故障区域会有高电压脉冲波产生,在测试仪器上不会直接显示出来,而是需要使用采样器确定故障点。当处于高电压环境中,高压脉冲就会直接转换为低压脉冲信号,可以使用测试仪器对电缆故障准确定位。
  (七)采用其他方法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  10 kV电缆运行中采用温度监测系统进行故障监测,监控中心根据需要通过无线网络向现场设备传输控制命令,现场设备接收到命令之后,就根据命令进行操作,将执行的结果传输到监控中心。监测终端可以采集温度数据,包括电流的温度数据都能够采集到,与数据集中器之间进行信息传输,完成数据交换,从而对电缆的故障准确定位,故障监测效率大大提高
  (八)采用其他方法对10 kV电缆故障进行查找和定位
  在对 10kV 电缆故障点进行测试的过程中,需要测试故障点的距离,但是由于电缆敷设中会与设计存在误差,或者有电缆弯曲的问题,无法获得准确的距离,导致电缆的故障点定位不准确。这时可以使用切断测试方法或者释放音频信号的方法,也可以根据实际情况采用肉眼观察的方法。在电力电缆故障定位的时候,还可以发挥电源的作用,对 A 相故障添加高压脉冲放电信号,结合使用电缆故障定位仪器,采用查找放电声音的方法对电缆故障点进行定位,此时就需要聆听,根据声音的变化做出辨别,采取相应的技术维护措施。   三、10 kV电缆故障查找及定位方法总结
  10 kV电缆故障包括有有很多种,导致故障的原因也多种多样。在电缆铺设环境中会存在各种不确定因素,在查找故障的时候,需要对地理环境进行考察,采用相应的查找方法。如果采用声测法,操作简单,如果电缆敷设的环境比较复杂,则不适合采用这种方法。如果采用电表检测法,在检测电缆故障的时候是比较方便的,应用也非常广泛,操作方法容易掌握,不需要进行详细,也不用专业计算,在排查10 kV电缆故障的时候,采用这种方法是比较好的。如果采用惠斯登电桥测电阻法,这种测量方法比较专业,能够准确地排查电缆故障,如果10 kV电缆为短路故障的时候,可以采用这种方法。高压闪络发测量故障,当电缆被雷击的时候,或者产生接地故障的时候,可以采用这种方法排查。
  结束语:
  通过上面的研究可以明确,10kV电缆的应用范围非常广泛,是由于这种电缆有一定的安全可靠性,而且使用灵活。但是,10kV电缆多铺设在地下,在长期使用的过程中产生故障是难以避免的,而且故障很难准确定位。分析10kV电缆产生故障的原因,主要是由于电缆机械伤害、电缆绝缘老化、电缆绝缘受潮、电源外皮的电腐蚀、超负荷运行所导致的,当然,如果电缆没有可靠接地,长时间处于压力不稳定的环境中运行,也会导致电缆运行中产生故障,如果没有及时处理,甚至会造成大范围停电,乃至发生火灾,严重威胁到用户的生命安全,并造成财产损失经济损失。对于10kV电缆不同的故障,需要采用相应的检测技术,定位技术的应用中,如果依然采用传统的方法是不够的,要积极引进先进的定位技术将电缆故障所在位置精确地定位,明确产生故障的原因,采取有效的措施解决,保障电网安全稳定运行。
  参考文献:
  [1] 谢以生.高压电缆故障定位系统的研究和开发[D].电子科技大学硕士学位论文,2016.
  [2] 朱俊强.低压电缆故障的诊断、定位及预防技术探讨[J].城市照明,2016(01):17-18.
  [3] 黄振良.10kV电力电缆的常见故障及故障点快速定位探讨[J].企业技术开发:中旬刊,2016(01):98-99.
  [4] 张晓波.10kV电力电缆故障类型和故障点查找分析[J].科技尚品,2016(11):78-79.
  [5] 师涛,李孝,何杰,et al.高压电缆缺陷现场检测技术及故障快速定位方法研究[J].电工技术,2019(16):35-36.
  [6] 电缆对地绝缘不良点、电缆混线点故障定位方法研究及现场应用[C]// 2017京津冀综合交通技术创新协同发展学术研讨会.2017.
  [7] 阮昱川,李孝,师涛,et al.基于110kV及以下電压等级电缆的故障诊断理论与关键技术探讨[J].电工技术,2019(11):56-57.
  [8] 吴迪.电力电缆故障探测技术的应用与效果探析[J].通信电源技术,2019(06):47-48.
  [9] 任成君.电力电缆故障分析与故障点定位研究[J].中国战略新兴产业,2017(12X):199-200.
  (作者单位:广西宏湖水利电业科技发展有限公司)
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