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電力電纜故障的原因分類(lèi)
地下電力電纜故障復雜多變,引起電力電纜故障的原因分類(lèi)大致可歸納為以下幾類(lèi)。
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(shí)并未造成故障,要在數月甚至數年后損傷才發(fā)展成故障。造成電纜的機械損傷的主要原因有:
(1)安裝時(shí)損傷。安裝時(shí)不小心碰傷電纜;機械牽引力過(guò)大拉傷電纜;過(guò)度彎曲折傷電纜。
(2)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。
(3)行駛車(chē)輛的震動(dòng)或沖擊性負荷也會(huì )造成地下電纜的鉛(鋁)包裂損。
(4)因自然現象造成的損傷。如中間接頭或終端頭的內絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護套;裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷;因土地沉降引起過(guò)大拉力,拉斷中間接頭或導體。
2. 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:
(1)因接頭盒或終端盒結構不密封或安裝不良而導致進(jìn)水。
(2)電纜制造不良,金屬護套有小孔或裂縫。
(3)金屬護套因被外物刺傷或腐蝕穿孔。
3. 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:
(1)電纜介質(zhì)內部的渣質(zhì)或氣隙,在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生游離和水解。
(2)電纜過(guò)負荷或電纜溝通風(fēng)不良,造成局部過(guò)熱。
(3)油浸紙絕緣電纜的絕緣物流失。
(4)電力電纜超時(shí)限使用。
4. 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);內部過(guò)電壓(如操作過(guò)電壓)。
5. 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(huì )引起電纜故障。其主要原因為:電場(chǎng)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。
電纜故障的性質(zhì)與分類(lèi)
1. 以故障材料特征分類(lèi)
可分為串聯(lián)故障、并聯(lián)故障及復合故障三類(lèi)。
(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。因纜芯的連續性受到破壞,形成斷線(xiàn)或不完全斷線(xiàn)。不完全斷線(xiàn)尤其不容易發(fā)現。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(xiàn)、多相斷線(xiàn)等。
(2)并聯(lián)故障
并聯(lián)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(fā)生的短路故障。它是廣義的電纜短路故障。這類(lèi)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(luò )擊穿等現象,在現場(chǎng)出現頻率較高。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(xiàn)并接地、兩相斷線(xiàn)并接地、兩相短路并接地等。
2. 以故障點(diǎn)絕緣特征分類(lèi)
根據電纜故障點(diǎn)絕緣電阻Rf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(lèi)。該分類(lèi)法為現場(chǎng)電纜故障很基本的分類(lèi)方法,特別有利于探測方法的選擇。
其中,間隙擊穿電壓UG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Rf 的大小取決于故障點(diǎn)電纜介質(zhì)碳化程度,分布電容 Cf 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性受到破壞,形成斷線(xiàn),且故障點(diǎn)的絕緣材料也受到不同程度的破壞,F場(chǎng)用兆歐表測其絕緣電阻Rf 為無(wú)窮大(∞),但在直流耐壓試驗時(shí),會(huì )出現電擊穿;檢查芯線(xiàn)導通情況,有斷點(diǎn),F場(chǎng)一般以一相或二相斷線(xiàn)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,F場(chǎng)用兆歐表測其絕緣電阻Rf小于10Z0(Z0為電纜的波阻抗,一般取10~40Ω之間),F場(chǎng)一般低壓動(dòng)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,F場(chǎng)用兆歐表測其絕緣電阻Rf 大于10Z0,在直流高壓脈沖試驗時(shí),會(huì )出現電擊穿。高阻故障是高壓動(dòng)力電纜(6KV或10KV電力電纜)出現幾率很高的電纜故障,可達總故障的80%以上。
現場(chǎng)實(shí)測時(shí),筆者一般取Rf =3KΩ為劃分高阻與低阻故障的界線(xiàn)。因為Rf =3KΩ時(shí),恰好能得到回線(xiàn)法電橋精確測量所必需的10~50mA的測量電流。
(4)閃絡(luò )故障
電纜絕緣材料受到損傷,出現閃絡(luò )故障,F場(chǎng)用兆歐表測其絕緣電阻Rf為無(wú)窮大(∞),但在直流耐壓或高壓脈沖試驗時(shí),會(huì )出現閃絡(luò )性電擊穿。閃絡(luò )性故障比較難測,特別是新敷設的電纜進(jìn)行預防性試驗出現閃絡(luò )故障時(shí),F場(chǎng)一般使用直流閃絡(luò )法進(jìn)行探測。
3. 以故障觸發(fā)原因及故障點(diǎn)特征分類(lèi)
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(diǎn)的絕緣破壞,還可分為放炮故障、擊穿故障和運行故障三類(lèi)。
(1)放炮故障
在工礦企業(yè),運行中的電力電纜,由于種種原因,絕緣出現嚴重損壞,產(chǎn)生跳閘的事故。稱(chēng)為電纜放炮。這類(lèi)故障的特點(diǎn)是:電纜故障點(diǎn)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(zhì)常表現為兩相短路接地或兩相斷線(xiàn)并接地,其接地電阻一般較小,解剖故障點(diǎn),可發(fā)現電弧擊穿的碳化點(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,大多數情況下,運行值班人員都能提供放炮大致位置。所以,這類(lèi)故障除少數較復雜的情況需測距外,一般只要用萬(wàn)用表測定故障的具體性質(zhì)(單相接地、短路接地、斷線(xiàn)接地等),可用聲測法直接定點(diǎn),簡(jiǎn)單明了。
(2)擊穿故障
實(shí)際工作中,因預防性試驗而觸發(fā)的電纜絕緣破壞事件,習慣稱(chēng)為電纜擊穿。該類(lèi)故障均發(fā)生在直流實(shí)驗電壓下,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)現碳孔和水樹(shù)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(diǎn)在測距。由于該類(lèi)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(fā)現電纜故障點(diǎn),測距是關(guān)鍵。"高壓回線(xiàn)法"、"電錘法"均具有探測該類(lèi)故障很有效的方法。
(3)運行故障
它是指工廠(chǎng)電力系統在運行中,電纜饋出線(xiàn)、電機、變壓器的電纜引線(xiàn),其高壓二次回路出現電壓波動(dòng)或發(fā)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(lèi)故障的很大特點(diǎn)就是不明確。電纜運行故障的極端形式就是電纜放炮(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);還有一部分電纜運行故障是由于電纜引出線(xiàn)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(jìn)水等),這些故障主要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單處理即可;很不明確的是那些瞬時(shí)接地、產(chǎn)生不穩定閃絡(luò )的電纜運行故障。該類(lèi)故障在電纜停電后,絕緣電阻測量和直流耐壓實(shí)驗有相當部分可以通過(guò),再把電纜投入系統后,也能正常運行一段時(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)有細微的碳化點(diǎn)。
電纜運行接地故障原因有兩種:其一,由于電纜運行時(shí)間較長(cháng),絕緣層出現自然老化;其二,電纜在腐蝕環(huán)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(huì )下降,很終導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(lèi)故障可用"低壓回線(xiàn)法"探測;用"電錘法"探測,效果也較好。
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