電纜故障類型及因素測試

電纜故障類型及因素測試

1.電網中引起電力電纜故障的因素
    （1）機械損傷。由機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。有些機械損傷很輕微，當時并未造成故障，要在數月甚至數年后損傷才發展成故障。造成電纜的機械損傷的主要原因有：
    （2）安裝時損傷。安裝時不小心碰傷電纜;機械牽引力過大拉傷電纜;過度彎曲折傷電纜。直接受外力損傷。在安裝后的電纜路徑上或附近進行土建施工，使電纜直接受外力損傷。行駛車輛的震動或沖擊性負荷也會造成地下電纜的鉛（鋁）包裂損。
    （3）絕緣受潮。絕緣受潮后會引起電纜耐壓下降而產生故障。電纜受潮的主要原因有：因接頭盒或終端盒結構不密封或安裝不良而導致進水。電纜制造不良，金屬護套有小孔或裂縫。金屬護套因被外物刺傷或腐蝕穿孔。
    （4）絕緣老化變質。絕緣老化會引起電纜耐壓下降而產生故障。電纜老化的主要原因有：電纜介質內部的渣質或氣隙，在電場作用下產生游離和水解。電纜過負荷或電纜溝通風不良，造成局部過熱。油浸紙絕緣電纜的絕緣物流失。電力電纜超時限使用。
    （5）過電壓。過電壓會使有缺陷的電纜絕緣層發生電擊穿，引起電纜故障。其主要原因有：大氣過電壓（如雷擊）;內部過電壓（如操作過電壓）。
    （6）設計和制作工藝不良。電纜頭與中間設計和制作工藝不良，也會引起電纜故障。其主要原因為：電場分布設計不周密;材料選用不當;工藝不良，不按規程要求制作。
    2.電纜故障的類型及測試方法
    電纜發生故障后一般先用1500V以上搖表或高阻計判別故障類型，再用不同儀器和方法初測故障，zui后用定點法確定故障點，故障點的精測方法有感應法和聲測法兩種。
    （1）電纜故障的性質與分類。
    1）以故障材料特征分類：可分為串聯故障、并聯故障及復合故障三類。
    ①串聯故障：串聯故障（金屬材料缺陷）是指電纜一個或多個導體（包括鉛、鋁外皮）斷開的故障。它是廣義的電纜開路故障。因纜芯的連續性受到破壞，形成斷線或不*斷線。不*斷線尤其不容易發現。串聯故障具體可分為：一點開斷、多點開斷、一相斷線、多相斷線等。
    ②并聯故障：并聯故障（絕緣材料缺陷）是指導體對外皮或導體之間的絕緣水平下降，不能承受正常運行電壓而發生的短路故障。它是廣義的電纜短路故障。這類故障由于纜芯之間或纜芯對外皮間的絕緣破壞而形成短路、接地、閃絡擊穿等現象，在現場出現頻率較高。并聯故障具體可分為：一相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等。
    ③復合故障：復合故障（絕緣材料、金屬材料都出現了缺陷）是指纜芯與纜芯之間的絕緣均出現故障。它包括一相斷線并接地、兩相斷線并接地、兩相短路并接地等。
    2）以故障點絕緣特征分類：根據電纜故障點絕緣電阻R_f與擊穿間隙G的情況，電纜故障又可分為開路故障、低阻故障、高阻故障、閃絡故障四大類。該分類法為現場電纜故障zui基本的分類方法，特別有利于探測方法的選擇。其中，間隙擊穿電壓U_G的大小取決于故障點放電通道（即擊穿間隙）的距離G，絕緣電阻R_f的大小取決于故障點電纜介質碳化程度，分布電容C_f的大小取決于故障點受潮程度。
    ①開路故障：電纜金屬部分的連續性受到破壞，形成斷線，且故障點的絕緣材料也受到不同程度的破壞。現場用兆歐表測其絕緣電阻R_f為無窮大（∞），但在直流耐壓試驗時，會出現電擊穿;檢查芯線導通情況，有斷點。現場一般以一相或二相斷線并接地的形式出現。
    ②低阻故障：電纜絕緣材料受到損傷，出現接地故障。現場用兆歐表測其絕緣電阻R_f小于10Z₀（Z₀為電纜的波阻抗，一般取10～40Ω之間）。現場一般低壓動力電纜和控制電纜出現低阻故障的幾率較高。
    ③高阻故障：電纜絕緣材料受到損傷，出現接地故障。現場用兆歐表測其絕緣電阻R_f大于10Z₀，在直流高壓脈沖試驗時，會出現電擊穿。高阻故障是高壓動力電纜（6kV或10kV電力電纜）出現幾率zui高的電纜故障，可達總故障的80%以上。
    現場實測時，筆者一般取Rf=3kΩ為劃分高阻與低阻故障的界線。因為R_f =3kΩ時，恰好能得到回線法電橋測量所必需的10～50mA的測量電流。
閃絡故障：電纜絕緣材料受到損傷，出現閃絡故障。現場用兆歐表測其絕緣電阻R_f為無窮大（∞），但在直流耐壓或高壓脈沖試驗時，會出現閃絡性電擊穿。閃絡性故障比較難測，特別是新敷設的電纜進行預防性試驗出現閃絡故障時。現場一般使用直流閃絡法進行探測。
    3）以故障觸發原因及故障點特征分類:根據電力電纜在運行或預防性試驗中，電纜、電纜頭及中間盒出現不同特點的絕緣破壞，還可分為放炮故障、擊穿故障和運行故障三類。
    ①放炮故障：在工礦企業，運行中的電力電纜，由于種種原因，絕緣出現嚴重損壞，產生跳閘的事故。稱為電纜放炮。這類故障的特點是：電纜故障點多數有鉛包或銅皮破裂，外部有不同程度的變形;電纜故障性質常表現為兩相短路接地或兩相斷線并接地，其接地電阻一般較小，解剖故障點，可發現電弧擊穿的碳化點或樹狀放電碳道與裂痕。電纜放炮故障，其故障特征明顯，大多數情況下，運行值班人員都能提供放炮大致位置。所以，這類故障除少數較復雜的情況需測距外，一般只要用萬用表測定故障的具體性質（單相接地、短路接地、斷線接地等），可用聲測法直接定點，簡單明了。
    ②擊穿故障：實際工作中，因預防性試驗而觸發的電纜絕緣破壞事件，習慣稱為電纜擊穿。該類故障均發生在直流實驗電壓下，其絕緣破壞為電擊穿，接地點一般鉛包或銅皮完好，外部無明顯變形（機械創傷除外）。電纜擊穿故障多為單純性接地故障，其接地故障較高，解剖故障點，絕緣材料沒有碳化點，但通過儀器可發現碳孔和水樹枝老化結構。對電纜擊穿故障，特別是一些高阻接地性電纜擊穿故障，其測試難點在測距。由于該類故障較為隱蔽，測試參數復雜多變，缺少規律性，所以能否迅速發現電纜故障點，測距是關鍵。“高壓回線法”、“電錘法”均具有探測該類故障zui有效的方法。
    ③運行故障：它是指工廠電力系統在運行中，電纜饋出線、電機、變壓器的電纜引線，其高壓二次回路出現電壓波動或發現接地信號（有接地保護的電力元件出現接地跳閘），排除其他電力元件故障的可能性而確定的電纜故障。這類故障的zui大特點就是不明確。電纜運行故障的形式就是電纜放炮（如兩點接地引發的相間短路）;另一部分運行故障在做停點檢查時，由于耐壓通不過而發展成電纜擊穿故障（如電纜老化、絕緣缺陷等）;還有一部分電纜運行故障是由于電纜引出線安裝位置不當（如電纜相間或對地距離不夠、電纜頭臟污或電機基礎進水等），這些故障主要進行一些簡單處理即可;zui不明確的是那些瞬時接地、產生不穩定閃絡的電纜運行故障。該類故障在電纜停電后，絕緣電阻測量和直流耐壓實驗有相當部分可以通過，再把電纜投入系統后，也能正常運行一段時間;剩下的就是單相接地電纜故障，它們約占電纜運行故障的40%，這種接地故障一般外部也沒有明顯變形，接地電阻也不太高（一般幾十至幾百歐）。解剖故障點有細微的碳化點。
    電纜運行接地故障原因有兩種：①由于電纜運行時間較長，絕緣層出現自然老化;②電纜在腐蝕環境中，電纜護套被迅速破壞，腐蝕性氣體侵入絕緣層使其劣化。電纜絕緣層不管出現老化還是劣化，其擊穿電壓都會下降，zui終導致額定工頻電壓下的電擊穿，從而產生電纜接地故障。這類故障可用“低壓回線法”探測;用“電錘法”探測，效果也較好。
    （2）故障的判斷方法。
    確定電纜故障類型的方法是用兆歐表在線路的一端測量各相的絕緣電阻。一般根據以下情況確定故障類型。
    1）當搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻低于100KΩ時，為低電阻接地故障。
    2）當搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻低于正常值很多，但高于100KΩ時，為高電阻接地故障。
    3）當搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻較高或正常，應進行導體連續性試驗，檢查是否有斷線，若有即為斷線故障。
    4）當搖測電纜一芯或幾芯導體不連續，再經過一芯或幾芯對地絕緣電阻搖測后，判斷為低阻或高阻接地線，為斷線并接地故障。
    5）閃絡性故障多發生于預防性耐壓試驗，發生部位大多在電纜終端和中間接頭。閃絡有時會連續多次發生，每次間隔幾秒到幾分鐘。
    除以上幾種情況外，還會發生一些故障，如：
    1）*斷線并接地故障，此故障表現為一端各相絕緣良好，另一端接地，我們可以采用*斷線故障點測試法。
    2）不*斷線并接地故障，此類故障表現為各相絕緣良好，一相或多相導線不*連續，經電阻接地，可采用交流電橋法按高阻斷線故障測試。
    3）閃絡性故障，所謂閃絡性故障表現各相絕緣電阻良好，而且導線連續性亦好，故障點已經封閉。此時可采用高電阻接地故障中的一次掃描示波器（711型）法，或者燒穿后用其他方法進行測試。