随着电力电缆的广泛使用,随之而来的电缆故障越来越多,文章结合笔者实际工程经验,介绍了电缆产生故障的原因及电缆故障的种类,探讨了电缆故障检测的新方法和如何预防电缆故障的技术措施,以理解和探索电力电缆工程技术创新,完善电力系统,保障电网安全、稳定运行。
经济的快速发展对工农业进度有前所未有的推进作用,不仅加快了工农业生产进程,而且对电网的稳定运行有了更高的要求,使电能的需求量加大。电力电缆是电网中的一个重要组成部分,它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用。但在电力系统的运行过程中,电力电缆由于受外界因素的影响及自身运行的原因引起的故障,给人们的生产和生活带来了较大的影响。因此加强对电力电缆的故障检测技术是十分必要,科学的故障检测技术可以准确的判断出故障发生的位置,并及时快速的予以排除,对电力系统的安全、稳定运行有着极其重要的意义。
1 造成电力电缆故障的原因
电缆因于所处的环境不同,所以出现故障的原因也各不相同,为了有效的控制电缆的损坏,我们需要对电缆产生故障的原因予以分析,从而减少故障的发生。
1.1 机械损伤
对于电缆的机械损伤,占电缆故障的相当大的比例,如果当时损伤时就造成故障则会容易及时发现,也不会引起太严重的事故发生。但实际情况是当时的损失较为轻微,对电缆的正常传输没有造成影响,但随着运行时间的的延长,这些轻微的损伤则会击穿,导致故障的发生,严重的则会直接导致短路,危及电网运行的安全和用电客户的安全,造成无法估量的损失。
1.2 绝缘受潮
电缆的绝缘受潮主要是针对电缆的接头部位,这部分受潮主要原因是安装时密封不好,导致水分进入,还有一点是安装时如果天气过于潮湿,也会使接头受到水分的侵蚀,从而在电场作用下则会使电缆绝缘强度下降,从而损坏电缆造成故障的发生。
1.3 化学腐蚀
大多数的电缆都埋于地下,地下的土壤土质有区别,如果地质处于酸碱性的,则具有腐蚀性,埋在地下的年限一长,则电缆的外皮则会因受到腐蚀而出现麻点、开裂或者穿孔,这样保护层失去保护的作用,绝缘性能降低则会造成故障的产生。
1.4 绝缘层老化
由于电流的热效应,负载电流通过电缆时必然导致导体发热,同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产生附加热量,从而使电缆温度升高,长期过负荷运行,炎热夏季运行更会加剧这种现象,过热会引起绝缘层老化变质,炭化造成绝缘损坏。而其中还有聚乙烯绝缘层的破坏也绝缘层老化的一个因素,主要原因是电树枝化。电树枝化击穿是聚合物电介质在长时间强电场作用下发生的一种老化破坏形式。例如,美国西海岸附设的161根聚乙烯电缆,运行了1~11年以后,检查已损坏和未损坏的电缆截面发现,电树枝化现象相当普遍,运行五年以上者,几乎有一半产生了电树枝化,虽然电树枝化与电缆寿命之间无明确的关系式,但是电树枝化无疑降低了电缆的使用寿命。正因为聚乙烯的电树枝化,降低了其绝缘击穿场强,缩短了电缆的使用寿命,因此要加强对聚乙烯电树枝化击穿机理的分析和研究
1.5 材料缺陷
电缆绝缘制造过程中的各种杂质,电缆头制作过程中包缠绝缘层不均匀的部分,由于介电常数不同,在电场作用下更加容易发生热老化,热击穿;电缆头外皮材料防污能力不合格造成污闪现象导致发热老化击穿。
2 电缆故障的种类
2.1 三芯电缆一芯或两芯接地; 一般接地电阻在100kΩ以上为高阻接地故障,100kΩ以下为低阻接地故障。
2.2 二相芯线间短路。
2.3 三相芯线完全短路;短路电阻在100kΩ以上为高阻短路故障,100kΩ以下为低阻短路故障。
2.4 一相芯线断线或多相断线。
2.5 闪络故障,电缆绝缘有故障但是故障部分有极高的阻值,在电压较高的时候产生瞬时击穿的故障为闪络性故障。
3 目前电缆故障检测的新方法
3.1 电缆故障测距的方法
3.1.1 实时专家系统
专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序,它的智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。因此,专家系统必须包含领域专家的大量知识,拥有类似人类专家思维的推理能力,并能用这些知识来解决实际问题。
3.1.2 利用因果网对电力系统故障定位
因果网络中有4 类节点状态、征兆、假设、起始原因。状态节点是表达领域中某部分或某功能的状态;征兆节点是表达状态节点的征兆,如:假设节点是表达研究系统的诊断假设;起始原因节点是表达引起故障的最初原因。各类节点之间可形成对应的基本关系。
3.1.3 小波变换应用在电缆故障测距中
小波分析在数学上是用小波的原型函数来实现的,其中原型函数可以看成是带通滤波器,因此小波分析也可以通过滤波器来实现,其关键是寻求具有恒定相对带宽的滤波器组,而这正是信号处理中滤波器组理论的核心内容。
3.2 电缆故障定点的新方法
3.2.1 人工神经网络
人工神经网络(ANN)是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统。网络上的每个结点相当于一个神经元,可以记忆(存储)、处理一定的信息,并与其他结点并行工作。
3.2.2 GPS(全球定位系统)行波故障定位
传统的高压输电线路故障定位主要基于阻抗算法,这种算法对于高阻接地、多端电源线路、直流输电线路等情况存在明显的不适应,通常在实用中其故障定位精100km)难以满足寻线要求。
3.2.3 分布式光纤温度传感器(FODT) 光纤传感的基本原理是,当光在光纤中传输时,光的特性(如振幅,相位,偏振态等)将随检测对象的变化而变化。
4 预防电缆故障的技术措施
4.1 选择合适的电缆类型
以前电力企业中的电缆多数选择油纸绝缘电缆,因油质绝缘电缆具有较成熟的制造技术,所以在成本和寿命上都达到了理想的水平。但因其自身设计在使用过程中存在着诸多缺点,如绝缘油容易流淌等故障都会影响到电缆绝缘的性能。
目前较为先进的电缆则是交联聚乙烯电缆,此电缆不受温升的影响,同时也不会高落差的限制,同时在性能上要比油纸绝缘电缆有更多的优势,所以现在大部分的电力企业都在使用交联聚乙烯电缆,同时也在用交联聚乙烯电缆对原有的电缆进行改造,这样有效的减少了因落差而引起的故障问题,同时在电缆的传输能力上又得到了较大的提升。
4.2 改进电缆终端制作工艺
电缆终端的制作工艺直接影响着电缆漏油的问题,所以对早期的电缆终端时行改进,用强度高、性能稳定、密封条件好的环氧树脂电缆终端替换下铸铁电缆终端,这样就能在一定程度上解决电缆漏油的问题,从而有效的提高电缆的绝缘性能。
4.3 选择电缆通道应避免因腐蚀引起电缆故障
电缆的周围环境不良,附近土壤中含有酸、碱溶液,氯化物等化学物质,会使电缆受到腐蚀,邻近化工厂地区因地下水的污染,也会使电缆产生化学腐蚀,所以在选择电缆通道时,应详细调查或询问有关的地质污染情况,特别在化工区,电缆通道选择应慎重并采取有效的防污染措施。
4.4 电压及负荷检测
为了预防电缆的故障发生,通常情况下要按时对电缆的电压进行测量及监控,使电缆线路在规定的负荷下运行,如果在测量中发现有过负荷的现象要及时的与有关部门进行协调处理。
电缆是电网运行的关键,其稳定的运行是人们正常生产和生活的保障。所以在实际工作中,要加强电缆的管理,提高人们对电缆的保护意识,采取积极的预防措施,来减少或杜绝电缆故障的发生,使电网安全、稳定的运行。