电力电缆故障分析

目录

摘要 (Ⅰ)

绪论 (1)

第1章电力电缆故障分析 (3)

1.1 电缆易出故障部位 (3)

1.2 电缆故障原因 (6)

1.3 电缆故障的发生机理 (9)

第2章电力电缆故障的测试方法 (11)

2.1 研究方法 (11)

2.2 测距的理论方法........................................ . (11)

第3章电缆故障的定点方法 (18)

3.1 电缆路径检测 (18)

3.2 故障定点 (19)

3.3 其他方法 (21)

第4章展望 (22)

致谢 (23)

参考文献 (24)

绪论

随着社会经济的发展和现代化建设步伐的加快，工农业生产及人民生活的用电量日益增加，对电力的需求量越来越大，要求电网的安全运行也越来越高。而作为连接各种电气设备、传输和分配电能的电力电缆，以其安全、维护工作量少，稳定性高，有利于提高电能的质量并且美化城市等优点，已经得到越来越广泛的应用。在城市市区220kV、llOkV、lOkV电网建设中有逐渐取代了架空线的趋势。在我国一些经济发达地区，如广州、深圳，城市lOkV配网电缆化率已高达95％以上。即便象在南宁这样的经济欠发达地区，已投入运行了1IOkVXLPE(交联聚乙烯)电缆20km，lOkV电缆570km，lOkV城市配网电缆化率也达到了55％的水平。由此可见，电力电缆的可靠运行直接关系到社会的稳定、经济的发展和人们的生活水平。

电力电缆线路故障和多数电力设备一样，投入运行初期(1～5年内)容易发生运行故障，主要原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题；运行中期(5～25年内)，电缆本体和附件基本进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝状老化击穿和附件呼吸效应进潮而发生沿面放电；运行后期(25年后)，电缆本体绝缘树枝状老化、电热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。随着时间的推移，如今运行的110kV及以上高压的XLPE电缆，有些己逐渐进入电缆及其附件预期寿命的“中年期”。电缆系统在实际使用状况下，能够继续长时期可靠工作或因绝缘老化加速而缩减使用寿命是运行管理部门十分关注的问题。

根据运行经验表明，电缆运行了一定的年限，故障率有逐年长升的趋势。电缆发生故障时，由于埋在地下，查找比架空线困难，若故障测距不准，电缆路径不清楚，耽误了大量时间，造成无法估量的损失。所以有必要对电力电缆故障探测方法进行深入的研究。从二战前提出的，发展到今天已经出现了诸如：电桥法，驻波法等经典理论方法，以及基于行波理论产生的：五十年代的低压脉冲法，七十年代的脉冲电压法，八十年代的脉冲电流法等的现代行波法。理论是方法的依据，尤其是现代行波理论所采用的均匀传输线中的导行电磁波，完全应用了麦克斯韦的电磁理论，分析电磁波在传输线上的波动过程，以此来定位故障点的位置。这些理论都是建立在对长距离传输线路模型的简化基础上，即经过特殊处理，简化为现在应用普遍的均匀传输线路的电报方程。但应用实际中非均匀传输线的非均匀性我们是要必须考虑的，即没有对传输线进行特殊处理，并且也不需要对耦合的电报方程进行解耦处理。应用数值分析方法得到更加精确的传输线路波动方程，对于线路故障的探测也将更准确，其意义和价值都是难以想象的。

综上所述，通过从电力电缆的发展，优越性，故障危害，理论方法的创新等方面我们可以得出对电力电缆的故障探测的研究有着重要的理论意义和应用价值。对于电力系统是一个非常迫切需要解决的问题。

目前，电缆线路故障测距方法，主要为离线进行，但在线故障测距方法也已出现。例如，日本学者采用脉冲电流法，由光纤电流互感器感应出故障时产生的浪涌电流信号，利用采集速度为16MHZ的快速A／D技术实现测距，目前他们只实现了不带分支出线电缆的在线故障测距。下一步目标是带分支出线系统的在线故障定位。

美国学者为克服高压脉冲法有可能对电缆的健全部分进一步造成危害的缺陷，也提出了在线故障测距方法。但其出发点是将环形线路开路或在线路末端设置开路点，利用故障时产生的浪涌电压或电流在开路点发生正或负的全反射，通过设于开路点附近的传感器得到脉冲信号，测出其脉冲间隔时间实现测距。但这种方法在实际电网中存在局限性。

另外，日本学者还提出了利用分布式光纤温度传感器(FODT)，通过检测故障点附近温度变化情况来实现电缆故障定位的新方法。英国学者则提出了利用基于脉冲电流法的实时专家系统来实现电缆的故障定位。随着计算机技术的应用，微机保护和故障录波装置的开发及大量投放，更加速了故障测距的实用化进程。基于微机或微处理机装置的故障测距方法研究也为国内外的热门课题之一。

综观现有的行波测距方法，特别是新型测距方法，国内外学者作了大量的研究，并取得了一定的成果。总而言之，行波方法有很多独特的优点，今后将在测距和距离保护中得到更为广泛的应用。

电缆线路的故障测距方式有离线理论和在线理论两大类。其中离线理论按原理来分类主要有五大类：电桥法，驻波法，低压脉冲反射法(又称雷达法)，脉冲电压法（又称闪络法)、脉冲电流法。其中低压脉冲法，脉冲电压／流法是基于理想模型的现代行波理论。本文通过对于这几种测试电缆故障的方法的分析来解决日常应用中所遇到的问题。

第1章电力电缆故障分析

1.1电力电缆易出现故障部位

根据河南电业局相关运行检修的实践统计，电缆易出现故障的部位主要有绝缘、附件和外护套。

1.1.1 绝缘问题

电缆的绝缘老化主要出现在电缆投入运行的后期，导致运行后期故障率大幅上升；绝缘老化主要分为树枝状老化、电热老化及附件材料老化。电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝鼓等化学生成物，腐蚀绝缘层：绝缘层中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘程度下降。

过热会引起绝缘层老化变质。电缆绝缘内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘层碳化。电缆过负荷是电缆过热重要的因素。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管少的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等都会使电缆绝缘本身过热而使绝缘层加速损坏。

电缆绝缘长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，从而导致其绝缘强度降低或介质损耗增大而最终引起绝缘崩溃者为绝缘老化，绝缘老化故障率约为19％。运行时间特别久(30．40年以上1的则称为正常老化。如属于运行不当而在较短年份内发生类似情况者，则认为是绝缘过早老化。可引起绝缘过早老化的主要原因有：

1.电缆选型不当，致使电缆长期在过电压下工作。

2.电缆线路周围靠近热源，使电缆局部或整个电细线路长期受热而过早老化。

3.电缆工作在具有可与电缆绝缘起不良化学反应的环境中而过早老化。

1.1.2 附件问题

理论上认为，电力电缆受外界环境因数和人为因数影响较小，安全运行可靠性高，但是电缆的中间接头和终端通常在电缆敷设现场人工制作安装，容易出现纸漏。电缆附件故障占电缆故障的27％。其宏观主要表现为复合界面放电和附件材质早期老化。其中复合介质沿面放电占电缆附件故障的73％，附件材质早期老化占附件故障的27％。