电缆故障及定位论文

本科毕业设计（论文）题 目： 高压电缆故障分析及定位 专 业： 年 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 9 月高压电缆故障分析及定位摘要：本文简单介绍了日常电力运行过程中电力电缆所发生的一些故障类型以及造成这些故障的相关原因，并针对这些运行过程中的所遇到的故障类型提出必须的预防性试验规程（包括常规的绝缘电阻试验以及必要时候要做的交流耐压试验） ，同时本文针对我国现在所能够侦测电缆故障位置的现状与技术条件，着重探讨分析故障定位中电缆的相关参数水平，总结日常电力电缆运行工况中容易出现的相关电缆故障状况，并以此可以更加精确的进行电缆故障的定位（包括预定位和精准定位） ，从而试总结最为直接可靠的故障定位方式，同时在最后介绍了电缆故障定位仪的相关选型依据（包含平行定位方式、工作频率、探测深度和距离等） ，供大家参考选型以便在自己日常的电缆维护和诊断故障工作中，能够有所启发。关键词： 电缆故障 绝缘检测 常规试验 脉冲反射 电弧反射精定点 电缆路径定位测深高压电缆故障分析及定位目录1.引 言 .12.电缆基本信息与常见故障分析 .22.1 电缆的分类 .22.2 电缆的型号 .22.3 交联电缆的结构 .32.4 交联电缆的型号及意义 .42.5 交联电缆的优点 .52.6 电力电缆故障及分析 .62.6.1 接地故障 .62.6.2 短路故障 .62.6.3 断线故障 .62.6.4 闪络故障 .62.6.5 综合故障 .72.7 电缆常规试验及标准介绍 .72.7.1 绝缘电阻测试 .72.7.2 交流耐压试验 .72.8 交联电缆试验标准的介绍 .73.电缆故障的定位技术及路径仪信息 .83.1 识别故障并确定故障性质 .83.2 电缆故障预定位 .93.3 电缆故障精定位 .93.4 电缆故障预定位方法 .93.4.1 低压脉冲法 .93.4.2 高压弧反射法 .103.5 电力电缆故障精定点方法 .113.5.1 声测定点法 .113.5.2 声磁同步定点法 .123.5.3 音频感应法 .133.6 电缆路径仪的探测技术和性能分析 .143.6.1 电磁法探测的原理 .143.6.2 信号连接方式 .153.6.3 电缆定位、定深的方法 .173.7 电缆路径仪选型 .213.7.1 平面定位方式 .213.7.2 工作频率 .213.7.3 探测深度和距离 .213.7.4 测深精度 .213.7.5 区分平行电缆 .224.电缆故障举例及分析 .235.结束语 .25参考文献 .26高压电缆故障分析及定位11.引 言电力电缆在电力系统中的应用越来越广，保障电缆线路的安全运行是对电力系统运行的基本要求。随着社会的高速发展，土地资源日趋紧张，电力线路逐渐由以往占地多的明线方式改为地埋方式。特别是最近几年，随着我国城乡及国防现代化建设的发展和科技的不断进步，使电力电缆的应用更加广泛，其数量成倍增长。电缆线路的安全运行与人们的生产、生活息息相关，电缆线路的故障隐患严重地威胁着人民生命财产的安全，电缆故障对社会造成的影响也越来越大。突发的断电事故不仅会给人们的正常生产和生活造成严重混乱，也会给电力公司造成巨大的损失。人们己经不能接受因电缆线路故障造成工矿生产事故，或银行系统、铁路运输系统、机场调度系统和生活供电的中断。另一方面，电缆线路的故障检测比架空输电线路故障检测任务要艰巨很多，因为电缆线路不像架空线路那样具有直接可观测性。如果电缆故障的检测结果与实际故障相差较大，那么也就失去了意义。所以，电缆故障检测要求精确度更高的方法。高压电缆故障分析及定位22.电缆基本信息与常见故障分析2.1 电缆的分类电缆的分类主要以绝缘材料考虑，分为油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆和橡胶绝缘电缆。具体分为表 2-1:表 2-1 电缆分类粘性浸渍纸绝缘型油浸纸干绝缘型油浸纸绝缘电缆不滴油浸渍纸绝缘型聚氯乙烯聚氯乙烯聚乙烯绝缘型聚乙烯塑料绝缘电缆交联聚乙烯绝缘型(简称交联电缆)电缆橡胶绝缘电缆2.2 电缆的型号电力电缆的型号组成和含义：图 2-1 电力电缆组成示意图高压电缆故障分析及定位3表 2-2 电缆型号含义代 号 含 义Z-油浸纸绝缘 X-橡胶绝缘Y-聚氯乙烯绝缘绝缘代号YJ(J)-交联聚乙烯绝缘T-铜芯（一般省略）导体代号 L-铝芯H-橡胶护套Q-铅包L-铝包内护层代号Y-聚氯乙烯或聚乙烯护套P-贫油式( 干绝缘)D-不滴油派生代号F-分相铅包22-内钢带铠装聚氯乙烯外护层代号 23-内钢带铠装聚乙烯护套2.3 交联电缆的结构以 110kV 交联电缆为例，其单相结构图 2-2 所示：图 2-2 为交联聚乙烯电力电缆断面构造示图。高压电缆故障分析及定位4图 2-2 电缆横截面示意图1、 绝缘交联聚乙烯层2、 线芯铝导线或半铜导线3、 半导体胶层4、 铜带屏蔽5、 填料6、 塑料内衬7、 铠装层8、 塑料外护层2.4 交联电缆的型号及意义一般交联电缆的型号表示为：YJL(T) Z UO/U(kV)YJ：交联聚乙烯电缆（ 称交联电缆）L(T)：铝芯（或铜芯，铜芯材料一般 4 写）Z：护套名称UO： 为电缆线芯对地或对金属屏蔽层间的额定电压（kV）U：表示电缆的额定线电压（kV）如：YJL22-64/110 表示的意义为额定线电压 110kV 铝芯内钢带铠装聚氯乙烯护套交联聚乙烯电缆。高压电缆故障分析及定位52.5 交联电缆的优点交联电缆电气性能和耐热性能强，传输容量大，结构轻便，易于弯曲；附件接头简单，安装、敷设方便，不受高度落差的限制；特别是没有漏油和引起火灾的危险，具有维护和环保清洁之优点，现在应用主要是 110 kV、220 kV电压等级。电力电缆故障是指在供电过程中发生干扰、局部电流不均匀造成的。为确定电缆故障位置。必须了解电力电缆的各种参数分布，来推断和测试故障点。电力电缆可看成有许多多的电阻（R） 、电导（G） 、电容（C）和电感（L）等效元件相联接组成的，这些元件称为电缆的分布参数。一小段电缆的等效电路图如图 2-3 所示图 2-3 一小段电缆的等效电路理论上要求这些参数均匀的分布在整条电缆中，也就是说这些参数与电缆总长要成比例。这些参数不仅适用于两条线芯之间，而且也适用于线芯与屏蔽之间。当电缆发生故障时，初步确定电缆故障位置起决定作用的参数为特征阻抗和波速度 V。电缆的特性阻抗 z 表示导线某一点上特性电压与特性电流之比，因此它不受位置和时间的限制，只与电缆结构、绝缘材料和导体材料有关。波速度 V 是指脉冲电压波从电缆一端传到另一端需要一定时间，是电缆长度与传播时间之比。如果在运行和测试状态下的这些电缆特性参数均无变化，即可认为这条电缆无故障，但只要电缆某个位置存在特胜阻抗发生变化，电缆的均匀性就会受到影响，电缆就称为有故障电缆。高压电缆故障分析及定位62.6 电力电缆故障及分析 由于电力电缆的绝缘材料、运行方式、工作电压等不同，导致了大量的各种各样电缆故障，按故障性质分主要有：接地故障、短路故障、断线故障、闪络故障和综合故障；按故障电阻值分为：低阻故障和高阻故障。传统上把电缆故障点的直流电阻小于电缆特性阻抗称为低阻故障，反之则称为高阻故障。2.6.1 接地故障电缆线芯或数线芯接地而发生的故障。当电缆绝缘由于各种原因被击穿后发生低阻接地故障或高阻接地故障，按脉冲反射仪测试波形划分，一般接地电阻在 1 K 以下为低阻故障，以上为高阻故障。2.6.2 短路故障电缆线芯之间绝缘完全破损形成短路而发生的故障。一般线芯之间电阻 RF小于 l O。2.6.3 断线故障电缆一线芯或数线芯断开而发生的故障。通常是由于电缆线芯被短路电流烧断或外力破坏引起。2.6.4 闪络故障电缆进行试验时绝缘间隙放电，造成绝缘击穿，此为击穿故障。在某种情况下，绝缘击穿后又恢复正常，即使提高试验电压也不再击穿，此为封闭性故障。此时电缆存在故障，但该故障点没有形成通道，这两种故障都属于闪络故障。该故障大多情况发生在电缆接头或终端内，主要表现为：当试验电压升到某一值时，电缆泄漏电流突然升高，并且测量表针呈规律性摆动，降低电压时现象消失，测量绝缘电阻值仍很高。高压电缆故障分析及定位72.6.5 综合故障同时具有上述两种以上的故障称为综合故障。2.7 电缆常规试验及标准介绍2.7.1 绝缘电阻测试国网运行规程一般要求运行中电力电缆绝缘电阻值不得低于 500 兆欧。2.7.2 交流耐压试验交流耐压试验的机理：交联电缆在交流电压作用下，取决于介质的介电常数，其介电常数为 2.1-2.3，因此，不受湿度的影响，电场强度分布 是稳定的，能模拟运行工况。而直流耐压电场分布取决于材料的体积电阻率，不能反映实际运行工况。交联电缆的弱点是绝缘内易发生水树枝，对于交流电压单纯的水树枝还能保持相当的耐压值，并能保持一段时间。直流耐压对于水树枝加速绝缘劣化，以至运行后在工频电压作用下被击穿。实践表明，交流电压下电缆绝缘最易发生击穿的地点而在直流电压下不能击穿。直流耐压存储积累单极性残余电荷，需要很长时间才能释放，很容易叠加到工频电压数值上，导致电缆绝