電纜故障類型及因素測(cè)試

電纜故障類型及因素測(cè)試

1.電網(wǎng)中引起電力電纜故障的因素
    （1）機(jī)械損傷。由機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。有些機(jī)械損傷很輕微，當(dāng)時(shí)并未造成故障，要在數(shù)月甚至數(shù)年后損傷才發(fā)展成故障。造成電纜的機(jī)械損傷的主要原因有：
    （2）安裝時(shí)損傷。安裝時(shí)不小心碰傷電纜;機(jī)械牽引力過(guò)大拉傷電纜;過(guò)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(jìn)行土建施工，使電纜直接受外力損傷。行駛車(chē)輛的震動(dòng)或沖擊性負(fù)荷也會(huì)造成地下電纜的鉛（鋁）包裂損。
    （3）絕緣受潮。絕緣受潮后會(huì)引起電纜耐壓下降而產(chǎn)生故障。電纜受潮的主要原因有：因接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)不密封或安裝不良而導(dǎo)致進(jìn)水。電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫。金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔。
    （4）絕緣老化變質(zhì)。絕緣老化會(huì)引起電纜耐壓下降而產(chǎn)生故障。電纜老化的主要原因有：電纜介質(zhì)內(nèi)部的渣質(zhì)或氣隙，在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生游離和水解。電纜過(guò)負(fù)荷或電纜溝通風(fēng)不良，造成局部過(guò)熱。油浸紙絕緣電纜的絕緣物流失。電力電纜超時(shí)限使用。
    （5）過(guò)電壓。過(guò)電壓會(huì)使有缺陷的電纜絕緣層發(fā)生電擊穿，引起電纜故障。其主要原因有：大氣過(guò)電壓（如雷擊）;內(nèi)部過(guò)電壓（如操作過(guò)電壓）。
    （6）設(shè)計(jì)和制作工藝不良。電纜頭與中間設(shè)計(jì)和制作工藝不良，也會(huì)引起電纜故障。其主要原因?yàn)椋弘妶?chǎng)分布設(shè)計(jì)不周密;材料選用不當(dāng);工藝不良，不按規(guī)程要求制作。
    2.電纜故障的類型及測(cè)試方法
    電纜發(fā)生故障后一般先用1500V以上搖表或高阻計(jì)判別故障類型，再用不同儀器和方法初測(cè)故障，zui后用定點(diǎn)法確定故障點(diǎn)，故障點(diǎn)的精測(cè)方法有感應(yīng)法和聲測(cè)法兩種。
    （1）電纜故障的性質(zhì)與分類。
    1）以故障材料特征分類：可分為串聯(lián)故障、并聯(lián)故障及復(fù)合故障三類。
    ①串聯(lián)故障：串聯(lián)故障（金屬材料缺陷）是指電纜一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體（包括鉛、鋁外皮）斷開(kāi)的故障。它是廣義的電纜開(kāi)路故障。因纜芯的連續(xù)性受到破壞，形成斷線或不*斷線。不*斷線尤其不容易發(fā)現(xiàn)。串聯(lián)故障具體可分為：一點(diǎn)開(kāi)斷、多點(diǎn)開(kāi)斷、一相斷線、多相斷線等。
    ②并聯(lián)故障：并聯(lián)故障（絕緣材料缺陷）是指導(dǎo)體對(duì)外皮或?qū)w之間的絕緣水平下降，不能承受正常運(yùn)行電壓而發(fā)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(duì)外皮間的絕緣破壞而形成短路、接地、閃絡(luò)擊穿等現(xiàn)象，在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)頻率較高。并聯(lián)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(fù)合故障：復(fù)合故障（絕緣材料、金屬材料都出現(xiàn)了缺陷）是指纜芯與纜芯之間的絕緣均出現(xiàn)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(diǎn)絕緣特征分類：根據(jù)電纜故障點(diǎn)絕緣電阻R_f與擊穿間隙G的情況，電纜故障又可分為開(kāi)路故障、低阻故障、高阻故障、閃絡(luò)故障四大類。該分類法為現(xiàn)場(chǎng)電纜故障zui基本的分類方法，特別有利于探測(cè)方法的選擇。其中，間隙擊穿電壓U_G的大小取決于故障點(diǎn)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(diǎn)電纜介質(zhì)碳化程度，分布電容C_f的大小取決于故障點(diǎn)受潮程度。
    ①開(kāi)路故障：電纜金屬部分的連續(xù)性受到破壞，形成斷線，且故障點(diǎn)的絕緣材料也受到不同程度的破壞。現(xiàn)場(chǎng)用兆歐表測(cè)其絕緣電阻R_f為無(wú)窮大（∞），但在直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電擊穿;檢查芯線導(dǎo)通情況，有斷點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)一般以一相或二相斷線并接地的形式出現(xiàn)。
    ②低阻故障：電纜絕緣材料受到損傷，出現(xiàn)接地故障。現(xiàn)場(chǎng)用兆歐表測(cè)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）?，F(xiàn)場(chǎng)一般低壓動(dòng)力電纜和控制電纜出現(xiàn)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(xiàn)接地故障?，F(xiàn)場(chǎng)用兆歐表測(cè)其絕緣電阻R_f大于10Z₀，在直流高壓脈沖試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電擊穿。高阻故障是高壓動(dòng)力電纜（6kV或10kV電力電纜）出現(xiàn)幾率zui高的電纜故障，可達(dá)總故障的80%以上。
    現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，筆者一般取Rf=3kΩ為劃分高阻與低阻故障的界線。因?yàn)?em>R_f =3kΩ時(shí)，恰好能得到回線法電橋測(cè)量所必需的10～50mA的測(cè)量電流。
閃絡(luò)故障：電纜絕緣材料受到損傷，出現(xiàn)閃絡(luò)故障。現(xiàn)場(chǎng)用兆歐表測(cè)其絕緣電阻R_f為無(wú)窮大（∞），但在直流耐壓或高壓脈沖試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)性電擊穿。閃絡(luò)性故障比較難測(cè)，特別是新敷設(shè)的電纜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)出現(xiàn)閃絡(luò)故障時(shí)。現(xiàn)場(chǎng)一般使用直流閃絡(luò)法進(jìn)行探測(cè)。
    3）以故障觸發(fā)原因及故障點(diǎn)特征分類:根據(jù)電力電纜在運(yùn)行或預(yù)防性試驗(yàn)中，電纜、電纜頭及中間盒出現(xiàn)不同特點(diǎn)的絕緣破壞，還可分為放炮故障、擊穿故障和運(yùn)行故障三類。
    ①放炮故障：在工礦企業(yè)，運(yùn)行中的電力電纜，由于種種原因，絕緣出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，產(chǎn)生跳閘的事故。稱為電纜放炮。這類故障的特點(diǎn)是：電纜故障點(diǎn)多數(shù)有鉛包或銅皮破裂，外部有不同程度的變形;電纜故障性質(zhì)常表現(xiàn)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(diǎn)，可發(fā)現(xiàn)電弧擊穿的碳化點(diǎn)或樹(shù)狀放電碳道與裂痕。電纜放炮故障，其故障特征明顯，大多數(shù)情況下，運(yùn)行值班人員都能提供放炮大致位置。所以，這類故障除少數(shù)較復(fù)雜的情況需測(cè)距外，一般只要用萬(wàn)用表測(cè)定故障的具體性質(zhì)（單相接地、短路接地、斷線接地等），可用聲測(cè)法直接定點(diǎn)，簡(jiǎn)單明了。
    ②擊穿故障：實(shí)際工作中，因預(yù)防性試驗(yàn)而觸發(fā)的電纜絕緣破壞事件，習(xí)慣稱為電纜擊穿。該類故障均發(fā)生在直流實(shí)驗(yàn)電壓下，其絕緣破壞為電擊穿，接地點(diǎn)一般鉛包或銅皮完好，外部無(wú)明顯變形（機(jī)械創(chuàng)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(diǎn)，絕緣材料沒(méi)有碳化點(diǎn)，但通過(guò)儀器可發(fā)現(xiàn)碳孔和水樹(shù)枝老化結(jié)構(gòu)。對(duì)電纜擊穿故障，特別是一些高阻接地性電纜擊穿故障，其測(cè)試難點(diǎn)在測(cè)距。由于該類故障較為隱蔽，測(cè)試參數(shù)復(fù)雜多變，缺少規(guī)律性，所以能否迅速發(fā)現(xiàn)電纜故障點(diǎn)，測(cè)距是關(guān)鍵。“高壓回線法”、“電錘法”均具有探測(cè)該類故障zui有效的方法。
    ③運(yùn)行故障：它是指工廠電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，電纜饋出線、電機(jī)、變壓器的電纜引線，其高壓二次回路出現(xiàn)電壓波動(dòng)或發(fā)現(xiàn)接地信號(hào)（有接地保護(hù)的電力元件出現(xiàn)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(diǎn)就是不明確。電纜運(yùn)行故障的形式就是電纜放炮（如兩點(diǎn)接地引發(fā)的相間短路）;另一部分運(yùn)行故障在做停點(diǎn)檢查時(shí)，由于耐壓通不過(guò)而發(fā)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(yùn)行故障是由于電纜引出線安裝位置不當(dāng)（如電纜相間或?qū)Φ鼐嚯x不夠、電纜頭臟污或電機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)水等），這些故障主要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單處理即可;zui不明確的是那些瞬時(shí)接地、產(chǎn)生不穩(wěn)定閃絡(luò)的電纜運(yùn)行故障。該類故障在電纜停電后，絕緣電阻測(cè)量和直流耐壓實(shí)驗(yàn)有相當(dāng)部分可以通過(guò)，再把電纜投入系統(tǒng)后，也能正常運(yùn)行一段時(shí)間;剩下的就是單相接地電纜故障，它們約占電纜運(yùn)行故障的40%，這種接地故障一般外部也沒(méi)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(diǎn)有細(xì)微的碳化點(diǎn)。
    電纜運(yùn)行接地故障原因有兩種：①由于電纜運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，絕緣層出現(xiàn)自然老化;②電纜在腐蝕環(huán)境中，電纜護(hù)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(xiàn)老化還是劣化，其擊穿電壓都會(huì)下降，zui終導(dǎo)致額定工頻電壓下的電擊穿，從而產(chǎn)生電纜接地故障。這類故障可用“低壓回線法”探測(cè);用“電錘法”探測(cè)，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(cè)量各相的絕緣電阻。一般根據(jù)以下情況確定故障類型。
    1）當(dāng)搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻低于100KΩ時(shí)，為低電阻接地故障。
    2）當(dāng)搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)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(shí)，為高電阻接地故障。
    3）當(dāng)搖測(cè)電纜一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻較高或正常，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)，檢查是否有斷線，若有即為斷線故障。
    4）當(dāng)搖測(cè)電纜一芯或幾芯導(dǎo)體不連續(xù)，再經(jīng)過(guò)一芯或幾芯對(duì)地絕緣電阻搖測(cè)后，判斷為低阻或高阻接地線，為斷線并接地故障。
    5）閃絡(luò)性故障多發(fā)生于預(yù)防性耐壓試驗(yàn)，發(fā)生部位大多在電纜終端和中間接頭。閃絡(luò)有時(shí)會(huì)連續(xù)多次發(fā)生，每次間隔幾秒到幾分鐘。
    除以上幾種情況外，還會(huì)發(fā)生一些故障，如：
    1）*斷線并接地故障，此故障表現(xiàn)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(diǎn)測(cè)試法。
    2）不*斷線并接地故障，此類故障表現(xiàn)為各相絕緣良好，一相或多相導(dǎo)線不*連續(xù)，經(jīng)電阻接地，可采用交流電橋法按高阻斷線故障測(cè)試。
    3）閃絡(luò)性故障，所謂閃絡(luò)性故障表現(xiàn)各相絕緣電阻良好，而且導(dǎo)線連續(xù)性亦好，故障點(diǎn)已經(jīng)封閉。此時(shí)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(jìn)行測(cè)試。