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10kV电缆故障测距及定位典型案例分析

发布时间:2022-09-16 03:49:17 来源:雷火电竞官网多少 作者:雷火APP官网入口

  随着社会经济的不断发展,城市配电网中的电缆线路占比越来越大。当电缆发生故障时,由于放电位置在地层下,需要首先进行故障定位才可进行修复。国网天津市电力公司城西供电分公司的研究人员陶宇航、张熹、宫祥龙,在2022年第2期《电气技术》上撰文,结合六起10kV中压电缆故障,通过低压脉冲法、冲闪法及二次脉冲法分析波形数据,进行故障点位初步测距;再通过声磁同步法,精确定位故障点。最后,将电缆故障部分进行解剖,分析具体故障原因,为中压电缆终端在电力系统中安全、稳定运行提供依据。

  随着我国城市配电网的不断改造,10kV中压电缆已广泛应用于配电线路中。以天津市南开区为例,电缆线路约占全部配电网线%,而电缆故障约占全部故障数量的56.7%。当电缆发生故障时,由于故障点位置通常不可见,往往需要对电缆进行故障定位,以为电缆修复提供依据。

  一般的电缆故障位置粗测方法,主要有电桥法、低压脉冲法、直闪法、冲闪法、二次脉冲法等。通过分析波形,可粗略测得故障点位距离电缆终端的长度,利用电缆路径仪及测距仪,找到故障点粗略位置,再利用声磁同步法、音频感应法、跨步电压法等进行精确定位。本文所涉及的故障查找流程如图1所示。

  在常见的电缆故障类型中,高阻故障约占83%,断线%。故障原因中,外力破坏约占37%,中间接头故障约占54%,老旧电缆运行年限过长约占9%。常见电缆故障查找方式见表1。

  低压脉冲法可用于电力电缆的低阻、断路及短路故障点测距,其原理为向电缆一端注入一个脉冲信号,该信号沿电缆以一定速度前进,在遇到阻抗不匹配点位时产生反射,通过检测回波时间及极性,即可获取电缆全长、中间接头位置、接地位置的信息。电脉冲信号在电缆内波速仅取决于绝缘材料的性质,如对于油浸纸绝缘电缆通常约为160m/μs,对于聚乙烯绝缘电缆通常约为172m/s。故根据式(1),即可得出发射端与反射点距离L。

  低压脉冲法接线所示。发出脉冲后,正周期回波即为电缆断路点(终端或断线位置),负周期回波即为电缆接地点,正负起伏处即为中间接头位置。低压脉冲法可以在不借助升压设备的情况下,通过较为简单的接线方式获得电缆全长及故障位置。

  首次击穿时,脉冲越过故障位置并返回,脉冲宽度较大,因此通常在第二个周期后进行宽度测量。波形卡位时,需排除仪器与引线间电感杂散干扰,避免测量结果偏大。

  二次脉冲法通过高压发生器对高阻故障电缆施加脉冲高压,使故障点出现弧光放电。在放电期间,高阻故障会短时转换为低阻故障,此时发出一组低压脉冲并接收其波形。放电结束后,再次发出一组低压脉冲并接收其波形,对比上述波形分离处,即可判断故障距离。二次脉冲法典型接线 二次脉冲法典型接线中,延弧器用于延长电弧放电时间以便于发射并检测低压脉冲,二次脉冲法典型波形如图6所示。

  2021年10月03日,某变电站10kV出线过电流I段保护动作。经摇缆,确定为出口电缆相间短路。该段电缆型号为YJV22 3×240,于2003年以直埋方式敷设,资产全长900m。通过对电缆进行绝缘电阻测试,黄红两相对地阻值为零。通过低压脉冲法,获得波形如图8所示。

  从图8可看出,在280m处有一中间接头,503m处有接地反射,925m处有终端反射,与电缆全长相符。对故障相施加15kV高压脉冲,于500m处获得声磁同步信号,听到放电声。将故障点开挖后,发现放电位置为一冷缩型中间接头,在冷缩管处相间击穿放电,熔融物对接地线 相间短路故障位置

  通过对电缆进行绝缘电阻测试,三相电阻均为零。使用万用表测试相对地阻值,均为无穷大。自1102站进行低压脉冲测试,在约206m处产生终端反射;在1103站进行低压脉冲测试,在约404m处产生终端反射,低压脉冲波形如图10、图11所示。通过与电缆资产全长进行对比,判断该处电缆发生断线站低压脉冲波形

  对电缆施加15kV高压脉冲,在206m处发现地面人行道砖向外掀起,并听到明显放电声。周边居民反映故障时地面自下部爆开。开挖后,地面下约1m处找到故障点,电缆本体发生故障,故障点绝缘油已基本流干,导致绝缘程度下降致三相短路,短路能量较大将地面掀起。同时,将线cm。故障位置线 故障位置线 冲闪法故障测距案例

  2021年09月15日,某变电站10kV出线零序保护动作。经摇缆,确定为线路联络电缆故障。该段电缆型号为YJLV22 3×240,资产全长720m。

  通过对电缆进行绝缘电阻测试,三相阻值分别为156MΩ、136MΩ、0.2MΩ,判断为高阻故障。对故障相进行低压脉冲测试,可测得电缆全长及三个中间接头,与资产记录相符,未发生断线。高阻故障低压脉冲波形如图13所示。

  图13 高阻故障低压脉冲波形因接地位置绝缘电阻较高,低压脉冲无法测得故障长度。将故障测试仪改冲闪法接线kV高压脉冲,故障点击穿但放电情况不佳,无法获得有效波形。继续升压至18kV,击穿情况良好,获取冲闪波形如图14所示。

  从图14可看出,击穿后第三个周期波形趋于稳定。通过卡位,获取故障距离321m,结合低压脉冲波形,判断为中间接头发生故障。使用定点仪在325m处获取声磁同步信号,听到明显放电声。开挖后,确定故障为热缩型中间接头进水,自压接管处沿绝缘表面爬弧至铜屏蔽放电,故障处主绝缘表面已发生炭化并烧穿,如图15所示。

  2021年09月22日,某变电站10kV出线零序保护动作。经摇缆,确定为215站至6622站电缆故障。该段电缆型号为YJLV22 3×240,敷设于2003年,资产全长320m。

  从图16可看出,在42m处发现不明显的短路反射波形;在333m处正确显示电缆全长,未发生断线kV高压脉冲进行验证,获得波形如图17所示。

  图17中,击穿后第二个周期波形趋于稳定,通过卡位,判断故障点在近端约42m处,与低压脉冲波形相符。使用路径仪及定点仪,在该处获取声磁同步信号。故障点处因地铁导行路施工,由绿地变为柏油路面,开挖后,发现电缆本体上方破洞,解剖发现电缆内大量存水,判断为施工将电缆外皮及绝缘碰坏,导致进水腐蚀至线芯,运行一段时间后发生故障,故障位置如图18所示。

  2021年05月13日,某变电站10kV出线零序保护动作。经摇缆,确定为联络电缆故障。该电缆型号为AL 3×240,敷设于1992年,资产全长312m。

  从图19可看出,击穿前后低压脉冲波形于73m处发生分离,电弧将故障点由高阻故障短时转化为低阻故障。将试验仪改接冲闪法进行验证,施加16kV高压脉冲,获得波形如图20所示。

  由图20可见,冲闪法在第三个周期获取稳定放电曲线m,验证了二次脉冲法测距数值。使用定点仪,在该处听到放电声。开挖后,发现电缆本于人行道树下,由于运行时间较长,已被树根包裹并挤坏。故障点不可视且无法取出,自两侧切除后通过对接进行修复。

  将电缆两侧挑开,选出故障电缆;通过对电缆进行绝缘电阻测试,三相阻值分别为16M、0M、102M;使用万能表测试对地阻值均为无穷大,判断为高阻故障。通过低压脉冲测试成功获取三个中间接头及电缆全长,通过延弧器施加20kV高压脉冲,二次脉冲波形全程重合,未激发电弧。重新升压至23kV,燃弧成功,获取二次脉冲波形如图21所示。

  图22 中间接头故障冲闪波形冲闪法于第四个周期获取稳定波形,卡位于311m。使用定点仪自310m处开始测寻,于330m处发现声磁同步信号,通过与低压脉冲波形比对,此处为一中间接头。将故障处开挖并解剖后,发现接头半导电断口处因工艺不良发生击穿,如图23所示。

  电缆故障后,准确对放电位置进行测距及定位是故障查找的关键。本文通过对低压脉冲法、冲闪法、二次脉冲法典型波形的分析,对多种故障定位方式进行了讨论。

  1)低压脉冲法主要用于故障电缆初步判研,可通过反射波形确定中间接头、低阻故障及电缆终端位置。低压脉冲法接线最为简单,无需升压设备及外部电源即可完成。

  本文编自2022年第2期《电气技术》,论文标题为“10kV电缆故障测距及定位典型案例分析”,作者为陶宇航、张熹 等。