电力电缆线性高阻击穿故障的特点及定位方法.pdf

2 0 0 7年第 5期 No 5 2 O 0 r 7 电 线 电 缆 El e c t ric Wi r e Ca b l e 2 0 0 r 7 年 1 O月 Oc t 2 0 0 7 电力电缆线性高阻击穿故障的特点及定位方法 罗向 源 ( 广东电 网公 司佛 山供 电局 ， 广东 佛山 5 2 8 2 0 0 ) 摘要 ： 交联聚 乙烯和聚氯 乙烯绝缘 电力电缆 的大量应 用 中， 出现 了一种新 型的 高阻击 穿： 其等 效 电阻相 -3稳 定 ， 用兆欧表 5 0 0 V至 5 0 0 0 V档测量 ， 击穿点绝缘 电阻几乎不变， 该 类击 穿点也许 不能承担 高电压 ， 但 很难 降 低其电阻 ， 即使施加 高压脉冲也无法击 穿， 因此难 以通过脉 冲电流法 ， 乃至二次脉 冲法 、 三次脉冲 法定位。该 类高阻击 穿故障被 定义为线性高阻击穿故障， 是 目前公认 的定位 难点。本文详细讨论 其形成 的原 因， 定位 方 法等。结论是 ： 线性高 阻击 穿可 以使用高压定位 电桥直接定位 ； 或通过合适 的烧穿源降低 绝缘电阻 ， 再使 用电 桥 或渡反射 法定位 ， 关键是烧穿源必须有足够 高的 电压及功率。 关键词： 电力 电缆 ； 线性 高阻击穿故 障； 故障定位 中图分类号： T M 2 0 6 ； T M 2 4 7 1 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 0 7 ) 0 5 0 0 1 6 0 3 C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e L i n e a r I I i g l l R e s i s t a n c e B r eak d o w n Fa u l t i n Po we r Ca b l e s a n d i t s Lo c a t i o n L U0 Xi a n g y u a n ( G u a n g d o n g P o w e r G ri d C o ，F o s h a n P o w e r S u p p l y A d mi n i s t r a t i o n ，F o s h a n 5 2 8 2 0 0，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h e w i d e s p r e a d a p p l i c a t i o n o f XL P E a n d P VC p o w e r c a b l e s ，a n e w h i g h r e s i s ta n c e b r e a k d o w n f a u l t i s f o u n d， wh i c h h a s t h e f e a t u res a sH o ws Th e e q u i v a l e nt r e s i s t a nc e i s r a the r s t a b l e ，Th e i n s u l a t i o n r e s i s t a n c e a t the b r e a k d o wn s po t r e ma i n s almo s t u n c h an g e d wh e n me a s ur ed by Me g a - o h mme t e r a t 5 0 0 V5 0 0 0 V，I h e br e a k d o wn s po t wh i c h ma y n o t wi th- s t a n d h i g h v o l t a g e s h a s a r e s i s t a nc e t h a t i s h a r d t o b e l o we r ed a n d c a nn o t be br o k e n t h r o u g h e v e n b y a p p l i c a ti o n o f HV i mp u l s e s Th u s i t i s n o t po s s i b l e t o l o c a t e s u c h f a u l t b y t h e p uls e me tho d，e v e n b y t h e d o u bl e a n d t rip l e p u l s e me tho ds I h i s h i g h r e s i s t a n c e b r e a k d o wn f a ult i s d e fi n ed a s t h e l i n e a r h i g h r e s i s t an c e b r e a k d o wn f a u l t ，a r e c o g niz ed h a r d t o - l o c a t e f a ult Th i s p a p e r p res e n t s t h e f o r ma t i o n o f t h e f a u l t an d t h e me t h o d t o l o c a t e i t Th e a u t h o r c o n c l u d e d tha t the l i n e a r h i s h r e s i s t a n c e br e a k do wn f a ult c a i l be l o c a t e d d i rec t l y b y t h e HV l o c a t i o n b rid g e o r l o c a t e d b y t h e b r i d g e o r e c h o me t e r a f t e r d e c r e asi n g i t s r e s i s t anc e b y b u r n i n g( i t i s o f k e y i m por t a n c e th a t the b u r n i n g s o u r c e h as s u ff i c i e n tl y h i g h v o l t a g e and pow e r ) Ke y wor d s：po we r c a b l e；l i n e a r h i g h r e s i s t a n c e br e ak d o w n f a ult ；f a u l t l o c a t i o n 0 引 言 通过快速发展的现代电子技术 的应用， 电线电 缆故障定位设备的性能更为完备 ， 从进 口的定位车 到品种繁多的国产设备 ， 使电缆故障定位更加容易。 但仍然有些故障难以定位。本文讨论近来常见的线 性高阻击穿故障的特点 、 难以定位的原因及解决方 法 。 1 电力电缆故 障的分类及测试仪器的选用 电力电缆故障有击穿( 短路) 及断路两大类， 为 便于选择仪器， 从测试角度看 ， 可细分为下述几类 ： ( 1 )低阻击穿故障。或称金属性短路 ， 通 常由 收稿 日期 ： 2 0 0 7 - 0 4 - 2 0 作者简介 ： 罗 向源( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 广 东梅 州人 ， 助理 工程 师 作者地址 ： 广东佛 山市南海桂城海二东路 5 2 8 2 0 0 导电线芯及金属屏蔽层 连接引起 的。按波反射法 分 ， 小于 电缆的特征阻抗 ( 2 O6 O Q) 才能称低阻短 路 ， 可使用低 压脉冲法粗测定 位， 难点在 于精测定 点 。此 时 ， 脉 冲引起 的声 音很 小 ， 宜采 用大 电容 脉冲 源 ， 并用护套故障定位的跨步电压定点法， 或音频巡 测法作为辅助手段来检测定位 。 ( 2 )高阻击穿故障。又可分为可变型高阻击穿 及线性高阻击穿故障。可变型高阻击穿故障涵盖大 部分电缆击穿点 ， 该击穿点处于常温或低电压测量 时， 电阻较大 ， 约几十千欧到几百兆欧， 但随着 电压 上升 ， 电流急增 ， 温度上升 ， 等效 电阻下降很快。这 种故障点的测试 、 定位可采用高压电桥法和脉冲电 流法 ， 都是可靠 的定位方法 。然后精确 的定点可使 用脉冲声测法也不难解决。 图 1中的三芯钢带铠装电力电缆其长度为 ， B 相导电线芯对钢带在 。 处击穿。借助于 A相导 电 线芯作为辅助线。使用低 阻值连接线短接 N、 Y两 维普资讯 2 0 0 7年第 5期 No 5 2 0o 7 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 7年 1 0月 Oc t 2 0 0 7 端线芯。L 段电缆导 电线芯电阻为 R ， L 段 电缆 及 A相 电缆线 芯 的 电阻 R ， 与定 位 电桥 连 接后构 成 Mu r r a y电桥 回路 ， 其 电路 原理 如 图 2所示 。 图 1 电桥定位法线路接线 图 相 相 图 2电 桥 定 位 的 电 路 原 理 图 图 2中 r为比例电位器总的电阻值 ， 即 r =r + r ， ， 平衡 后 ： l Rl Ll 2 一 R2 一 L + L2 比例 电位器 由 1 0圈刻度盘调节 ， 电阻 比例 P 可 由刻 度盘读 取 ： n Ll r l P 式中， 2 L远大于 L ； r 远大小 r ， 因此 ， r 。 r 之值( 即 P值) 很小 ， 不利于仪器刻度盘上的读数， 为此将 r r 1 0 0 0 ， 并将读得 的 P值 1 1 0 0 0 ， 即 P值 的单位 即为“ ” ， 因此上式可改写为： P ： 1 0 0 0 ： 一 - 11 0 0 0 ( ) L 1= 2P L ( m) 由此 可见 ， 只要 电桥 有 一定 的灵敏 度并 能平 衡 ， 电桥 法定位简单而精确。 电桥的定位精度与流过电桥的电流及检流计放 大器的灵敏度成正 比； 电桥高压源本身有 5 0 0 W 的 烧穿功率 ， 相当于用一把 5 0 0 W 的大烙铁烫电缆 ， 很 快在 电缆附件中形成稳定 的电流 ， 只需有 3 m A电 流 ， 便 可定 位 。 根据定位 比例 ， 结合线路情况 ， 不难确认是哪个 附件出了故障。如能看到附件 ， 再利用 电桥 的烧穿 能力 ， 1 0 m i n后 ， 能感到该附件明显发热， 因此利用 一 台电桥 ， 便能完成电缆附件故 障的定位 。 电缆护套缺陷点除表现出线性高阻特性 ， 还没 有 良好的波特性 ， 因此 ， 高压电桥是电缆护套缺陷点 定 位最 有效 的方 法 。 因交联聚乙烯( X L P E ) 或聚氯乙烯( P V C ) 绝缘电 力电缆的大量应用 ， 出现 了一 种新型的高阻击穿故 障： 其等效 电阻相 当稳 定， 用兆 欧表 5 0 0 V至 5 k V 档测 量 ， 击穿 点 绝缘 电 阻几 乎 不 变 。该 类 击穿 点 也 许不能承担高电压， 但很难降低其电阻， 即使施加高 压 脉 冲也无 法击 穿 ， 因此难 以通 过 脉 冲电流法 ， 乃至 二次脉冲法 、 三次脉冲法定位。我们称该类击穿故 障为线性高阻击穿故障， 是 目前公认的定位难点， 以 下将详细讨论其形成的原因， 定位方法等等。 ( 3 )闪络型击穿故 障。电缆故障后 ， 故障点的 绝缘 电阻很高， 仍能承受相当高的电压， 这类故障往 往发 生 在 电缆 直流 耐压 或 变频交 流 耐压试 验 中。这 种故障测试定位的首选方法是直流闪络法 ， 在高压 脉冲作用下 ， 声音很大 ， 精确定点不难。 ( 4 ) 对于聚氯乙烯 ( P V C ) 绝缘电力电缆或无铜带 屏蔽的低压电缆， 由于波的传播特性不好( 衰减很大) ， 无论击穿点的电阻高或低， 都应采用电桥法定位。 ( 5 )断线 。电力电缆导体 的截 面较 大， 断路 故 障十分少见 ， 往往发生的是多芯的同时短路 ， 波反射 法是首选的测试方法， 定点则可用脉冲声测法 、 音频 探测 法 。 2 线性 高阻击穿故 障形成 的原 因 线性高阻击穿故障通常发生在多芯低压配电电 缆 ， 例如聚氯 乙烯绝缘 护套 电力 电缆 ( V V 2 2 ) 的本 体 ， X L P E电缆的附件及电缆外护套缺陷上。 多芯低压配电电缆出厂试验时 ， 在导电线芯之 间及导电线芯与钢带之间施加 3 5 k V 1 m i n工频电 压 ， 如果线芯绝缘层有缺陷 ， 如沙眼 ， 裂纹， 划伤等 ， 由于 在 中间质 量控制 中 ， 未能 被火 花机检 验 出来 ； 其 次 ， 不同线芯缺陷在同一位置的可能性很小 ， 而且线 芯 与钢 带之 间有 内衬 层 ， 因此 ， 出厂 试验 仍然无 法 检 验出这类缺陷。但是 ， 当电缆敷设后 ， 内部浸水 ， 贯 穿绝缘层的缺陷会形成水电阻， 以兆欧表测量 ， 电阻 可能低至 1 M Q， 如水较干净 ， 电阻会更高， 电缆还 尚 能使用( 电压 只有 3 8 0 V ) ， 尽管运行人员仍不放心 ， 但电阻稳定 ， 难 以烧 穿定位 。该类故 障的状况普遍 存在 ， 或 因没有注意 ， 或因无法定位 ， 因此 ， 电缆带病 运行 ， 直到水电阻下降， 漏 电严重导致线路的跳 闸。 X L P E电缆附件的线性高阻故障是更为严重 的 问题 ， 主要 原 因为 ： 中间 接 头进 水 ， 或 炭黑 均 匀 地 分 布在附件及电缆之间。 目前大量使用 1 0 k V X L P E电力电缆 ， 附件质量 1 7 维普资讯 2 0 0 7年第 5 期 No 5 2 0 O 7 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 7年 l O月 Oc t ， 20 07 及安装质量良莠不齐 ， 质量差的热收缩 中间接头弹 性差 ， 密封性不好 ， 如果电缆被搬动 ， 或过于弯曲， 很 容易进水和受潮 ， 水分会分布在附件及 电缆之 间 1 O 多厘米的表面 ， 电阻约为几兆欧到几十兆欧， 有可能 通过竣工试验 ， 投入运行 ， 但是个隐患。 另一种情况是 由击穿造成的线性高阻， 例如 中 间接头中部分进水或表 面部分划伤， 在直流试验或 运行中击穿 ， 击穿产生的气体瞬间撑开中间接头绝 缘管 ， 击穿产生的炭黑均匀分布在附件及 电缆之间， 形成稳定的半导电层 ， 其 电阻的伏安特性与接头 进 水类似。 电缆护套缺陷引起的高阻击穿故障主要由电缆 周围的土壤的潮气构成的 ， 阻值约为几千欧到几兆 欧， 也表现为线性高阻的特点。 3 线性高阻击穿故障的定 位方法 由于水或炭黑分布的通道较长， 相当于在 电缆 线芯及屏蔽间并联 了一个 高压 电阻， 有时其 电阻可 能高达几十兆欧， 能通过竣工试验 ， 多数情况还能承 受一定电压， 但在加压过程 中因水分蒸发 ， 泄漏电流 反而降低 ， 表现为绝缘更好了， 难 以降低电阻( 烧穿 电缆 ) 。 线性高阻故障能承受 的脉冲电压更高 ， 常用的 定位仪脉冲电压在 3 O k V以下 ， 加上脉冲在 电缆 中 的衰减 ， 根本无法形成击穿。 通常的解决办法是烧穿， 但由于 电流过小或电 压不够 ， 烧穿形成的热量小于附件的散热能力 ， 无法 通过电缆发热形成热击穿。 烧穿设备也是问题 ， 如采用试验变压器加整 流 硅堆 ， 构成烧穿源 ， 通常高压试验变压器的高压侧线 圈线径小 ， 散热不良， 无法长时间输出较大的电流。 因此 ， 应有新 的方法解决上述问题 ， 我们采用 了 上海慧东电气设备有限公司研制的 G Z D型高压 电 桥 ， 及 Z G H耐压及恒流烧穿源， 较好地解决了这些 问题 。 利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构 成 M u r r a y电桥， 是传统的， 经典的电缆故障定位方法 ， 其应用时间几乎与电缆的使用同步， 有上百年 的历 史。定位电桥设备价格低 ， 操作简单， 我 国过去曾普 遍使用。由于目前大量应用的是交联聚乙烯电缆 ， 其 击穿后难以形成低阻值 的导 电区， 击穿点电阻很高 ， 甚至能耐高电压 ， 呈闪烙型击穿 ， 可是 ， 国内现有量最 大的 Q F 2 型电桥额定试验电压只有 5 0 0 V， 无法对高 阻故障定位； 又因为电子技术 的进步 ， 波反射法定位 得到了普及 ， 因此 ， 使电桥法的应用逐步减少 ， 不为新 的电缆用户所知 ， 因此 ， 电桥法几乎被遗忘。 G Z D型高压电桥 ， 内含高频高压恒流源及 高灵 敏度检流计， 解决了电源对 电桥平衡干扰的难题 ， 电 源与电桥合为一体 ； 测量用的电缆 为专用的高压 电 缆 ， 采用四端法电阻测量原理 ， 定位精度高。电桥置 于高压侧 ， 而操作钮安全接地 ， 彻底解决了电桥法用 于高阻定位 的局 限性 ， 使 电桥法无 盲区、 精确 、 方便 的特点得以发挥 。 电桥法是基于导电线芯( 或屏蔽层 ) 的电阻均匀 并与长度成 比例的原理。图 1为电桥定位法线路接 线 图。 线性高阻击穿定位另外一种解决方法是通过烧 穿源将电缆烧穿 ， 上面的分析 已说明 ， 好的烧穿源应 能输出高压及较大的电流， 我们选用 了 Z G H 6 0 5 0 0 耐压及恒流烧穿源。 当击穿点 的残压超过电桥输出电压 ， 有必要使 用烧穿源降低残压及电阻， 根据我们 的经验， 1 5 m i n 内能烧穿 1 1 0 k V中间接头 ， 如接头浸在水 中， 散热 好 ， 可能需要更多的时间。 通过烧穿 ， 再用电桥定位 ， 或用高压脉冲电流法 定位 ， 当然也可用二次脉冲或三次脉冲定位 。 4 结束语 通过以上论述 ， 可以得 出如下两点的结论： ( 1 )线性高阻击穿故障可 以使用高压定位 电桥 直接定位 。 ( 2 )或通过合适的烧穿源降低故障点的绝缘电 阻， 再使用电桥或波 反射法定位 。关键是烧穿源必 须有足够高的电压及功率。 参考文献 ： 1 徐丙垠 。 李胜祥 ， 陈宗军 ， 电力电缆故障探测技术 M 北 京： 机 械工业出版社 ， 1 9 9 9 2 孔德武 ， 华一威 高压 电缆护 套缺陷 点定位 方法 、 仪器 及经验 Z 上海 ： 上海慧东电气设备有 限公 司( 技术资料) ， 2 0 0 5 为 了 地 球 上 的 生 命 ， ； + 请 保 护 好 自 然 环 境 i 维普资讯