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XLPE電纜外護套故障定位特例分析

2019-11-03 10:08:37
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供稿:網(wǎng)友

姬黎波,鐘連宏,王祖林,林杰江

廣東省廣電集團有限公司佛山供電分公司

廣東佛山  528000


  摘 要:XLPE電纜外護套是防止水分進入主絕緣的第一道關(guān)口,因此對外護套故障點的及時定位、修補尤為重要。介紹了應(yīng)用S3000電纜故障定位系統(tǒng)對外護套故障定位的現(xiàn)場特例,并指出采用高壓電橋預(yù)定位和跨步電壓法精確定位相結(jié)合是最快捷的電纜外護套故障測尋方法。鑒于外護套故障定位儀對干燥地面下電纜故障定位存在靈敏度不足問題,通過改進定位儀電路,提高了儀器的測試靈敏度。

  關(guān)鍵詞:電纜護套;跨步電壓;故障定位

  佛山城區(qū)在10年前敷設(shè)的110 k V交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜,主要采用淺槽和穿PVC管結(jié)合的方式。2001年,共發(fā)生了5次主絕緣故障。其中一回400 mm2電纜的L1,L2,L3相連續(xù)發(fā)生絕緣擊穿事故。發(fā)生連續(xù)故障的一相電纜外護套早已損壞,將其鋸開并傾斜后,有水流出。此電纜為日本住友公司產(chǎn)品,金屬屏蔽層采用不具備防水性能的疏繞軟銅絲,外護套采用聚氯乙烯(PVC)材料。對事故處理后的剩余電纜段,依照GB11017標(biāo)準(zhǔn),在武漢高壓研究所做了切片試驗,結(jié)果表明電纜樣品的絕緣層微孔和雜質(zhì)檢查項目合格,但在絕緣層中檢測到蝴蝶結(jié)形水樹,最大長度為450μm,密度為500個/mm3(≥25μm),布滿絕緣層。

  目前,電纜擊穿理論中較為人們接受的是水樹枝理論,水樹枝的形成及其發(fā)展速度同絕緣材料及制造工藝相關(guān)。外護套是防止水分進入主絕緣的第一道關(guān)口,因此對外護套故障點的及時定位、修補尤為重要。2002年,廣東省廣電集團有限公司佛山供電分公司購進BAUR公司的S3000電纜故障定位系統(tǒng)后(包括直流-脈沖電壓發(fā)生器SSG2100、DMB5電橋、跨步電壓測試儀KMF1、電纜識別儀KSG100),利用它已檢測出大約80個故障點,如今已完成了三回共8.69 k m電纜的修補工作。外護套故障主要原因是:施工過程中被拖傷、壓傷、石頭或護聯(lián)箱緊固螺栓頂穿;受白蟻破壞;外力破壞等。白蟻破壞面較大,幾乎能損壞50 m長的電纜。本文對探測過程中的特殊故障的定位情況分析如下。

  1 關(guān)于粗定位的特例分析

  1.1 兩個故障點以上的粗定位

  阻測量,能測最高直流電壓為6kV,能測最大電流為50mA。加壓測試過程中,可以利用SSG2100監(jiān)視所加電壓和電纜泄漏電流。對于一相兩個故障點以上的電纜進行粗定位時,測得值為等效集合參數(shù)。以兩個故障點為例:把兩個故障點絕緣電阻和兩個故障點間的電纜屏蔽導(dǎo)體電阻進行△-Y理論轉(zhuǎn)換后,電橋定位在Y的中點上。實際定位在兩個故障點間,且靠近絕緣電阻低的故障點。通常多個故障點的接地電阻在不同電壓下的變化不一致,如不同電壓下用電橋測得幾個數(shù)據(jù)變化,應(yīng)估計有多點故障。當(dāng)用跨步電壓法精確定位時,易找到的是距離信號發(fā)生器近端或接地電阻最小的故障點。

  1.2 有中間直通頭的情況(即兩段電纜屏蔽層通過中間頭連通)

  由于電纜資料不清或電纜運行中擊穿導(dǎo)致中間絕緣頭變成直通頭,會把完好電纜誤判斷成有故障電纜。用DMB5在兩端進行粗定位時,參照等效原理圖1。因RL11等于RL12,測得故障點位于50%全長處,但定位處始終找不到故障點,此時應(yīng)考慮上述情況。



  2 關(guān)于精確定位的特例分析

  一般,利用脈沖電壓發(fā)生器SSG2100和KMF1是比較容易找到故障點的,但是也有一些特例。

  2.1 對中間電纜井里的故障定點

  由于時間緊迫的原因,須迅速排除中間井里有否故障點。但是,通常在中間井處用SSG2100發(fā)脈沖時,脈沖發(fā)生器的回流線(地線)與中間井地網(wǎng)相接。用跨步電壓法時,會顯示井外有故障信號,井邊附近信號相當(dāng)強,但始終找不到故障點。有時,此信號還能掩蓋較弱的井內(nèi)故障點。原因分析如下:

  參照圖2,電纜中間井地網(wǎng)面積S=L1×L2=20 m×3 m,水平接地極總長度L=n×(L1+L2)=3×(20 m+3 m)=69 m。材料為0.05 m×0.005 m扁銅,d=0.05 m/2=0.025 m。電纜埋設(shè)在沙土中,埋深h=1.2 m。設(shè)濕砂土的視電阻率ρ=100Ω·m,所加脈沖電流I=0.5 A,理論計算接地極電位為:




  由于網(wǎng)狀接地極的精確地表電位分布要借助邊界元程序計算求得,在此僅進行簡單分析說明:信號發(fā)生器接地端為正,遠(yuǎn)方故障點為負(fù),因為電纜井的接地電阻較大,忽略遠(yuǎn)方故障點的回流作用時,出現(xiàn)了2.06 V的干擾信號。計及端部效應(yīng),直線形接地極端部的電流密度大得多,端部邊緣附近的電位差也大。電極沿電纜敷設(shè)方向的地表面的電位Vx分布如圖2所示。

  當(dāng)脈沖發(fā)生器的回流線(地線)接在中間井的地網(wǎng)里,最大的電位差出現(xiàn)在地網(wǎng)邊緣附近,沿x方向電位差變小,故顯示井外有故障,且信號會變?nèi)酢4藭r應(yīng)把信號發(fā)生器的地線移至附近插入地中的鐵構(gòu)架上,但要注意人身安全,可能鐵構(gòu)架的接地電阻較大,會降低故障點電流。最好把發(fā)生器的地線接在相鄰段電纜金屬屏蔽上,前提是需把相鄰段電纜金屬屏蔽與相鄰中間電纜井地網(wǎng)相連,當(dāng)然能與電纜終端的變電站地網(wǎng)相連,效果更好。

  2.2 故障點在一個與電纜平行的建筑工地地網(wǎng)里

  對于護套低阻故障,可利用KSG100儀進行外護套故障定位。KSG100儀,主要用于自動識別電纜,包括KSG100(輸出最大脈沖電壓為300 V,最大脈沖電流為100 A)和柔性電流互感器TA(測試信號幅度和方向)。一次,故障點在一個建筑工地地網(wǎng)內(nèi),當(dāng)時,雖然已用電橋粗定位出位置,用跨步電壓法定點時,信號微弱,指示方向無規(guī)律,采用音頻法也無法定點。排除與相鄰電纜護套直通,用電橋在兩端分別定位得出結(jié)果一致后,在粗定位點挖開一個水泥蓋板,用KSG100在護聯(lián)箱處在護套和地之間加方波,用柔性型TA圈在電纜上,通過信號的流向和幅值變化判斷出故障點方向,然后在故障點方向距粗定位點20 m處開挖一個水泥蓋板,把故障點縮小在20 m里,進一步在距粗定位點10 m處開挖,最后把故障范圍縮小在5 m里。揭開水泥蓋板,看見一塊3.5 m×0.46m×0.055 m的水泥蓋在電纜上,撬開水泥,見到一條50 mm的尖長鐵釬穿過淺槽,插破L2相鋁護套,已危及電纜主絕緣。事后查明,因為電纜旁邊一建筑工地開挖一大坑固坡時,為固定垂直的大片鐵絲網(wǎng),打釬時插傷了電纜,并灌入電纜溝不少水泥漿。由于故障點在一個與電纜平行的建筑工地地網(wǎng)里,地網(wǎng)起到均壓作用,因此無法用跨步電壓法精確定點。

  3 提高故障點在干燥地面下的測試靈敏度

  有時,經(jīng)長時間連續(xù)曝曬后,電纜沿線土壤干燥,信號微弱,很難用跨步電壓法精確定位。雖然能用手動檔提高靈敏度,但調(diào)零困難。筆者分析了器R1,C1起充電和隔直流作用,使檢流計容易調(diào)零。R1防止C2~C4充電后通過大地放電,又使C2~C4反向充電,導(dǎo)致檢流計指針在平衡點兩邊擺動,誤判斷護套故障方向。

  由于R1(220 kΩ)電阻值太大,降低了定位儀的靈敏度,在手動檔輸出插孔自行串接10μF滌綸電容器和220 kΩ電位器,通過調(diào)節(jié)電位器減小電阻,能大大提高靈敏度,并能解決調(diào)零困難的問題。不過須注意的是,由于電容沖放電的原因,即使指針的第一次擺動幅度較小,它仍表明為故障方向。



  4 結(jié)論

  a)出現(xiàn)電纜外護套接地情況時,應(yīng)選擇合適方法和儀器,才能提高測尋效率。

  b)采用高壓電橋預(yù)定位和跨步電壓法精確定位相結(jié)合是最快捷的電纜外護套故障測尋方法。

  c)利用完好相或者電纜較短時敷設(shè)的輔助線(電纜外護套三相絕緣為零時)做好電橋預(yù)定位工作,認(rèn)真分析預(yù)定位數(shù)據(jù),才能提高測尋效率。

  參考文獻(xiàn):

  [1]解廣潤.電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1991.

  [2]董振亞.電力系統(tǒng)的過電壓保護[M].北京:中國電力出版社,1997.

  
摘自《廣東電力》
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