1電纜故障分析
1.1故障原因
(1) 機械損傷
機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大比例。安裝時碰傷電纜、機械牽引力過大而拉傷電纜及過度彎曲而損傷電纜;直接受外力損壞以及天然現(xiàn)象造成的損傷,如車輛擠壓、巖石冒落砸傷、環(huán)境侵蝕等,易造成電纜本體故障。
(2)絕緣受潮主要是中間接頭、終端接頭安裝工藝不良造成密封失效而導(dǎo)致潮氣侵入,破壞絕緣機能。
(3)絕緣老化變質(zhì)電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降;過熱也會引起絕緣層老化變質(zhì)造成絕緣下降。
(4)過電壓大氣過電壓與操縱過電壓、故障暫態(tài)過電壓作用使電纜絕緣擊穿形成故障。
(5)設(shè)計和制造工藝不良中間接頭和終端接頭的防潮、電場分布設(shè)計不完善、材料選用不當、制作工藝不良、不按操縱規(guī)程要求制作等,都會造成電纜頭絕緣故障。
(6)材料缺陷電纜本身絕緣層材料缺陷;包纏絕緣層過程中,絕緣層上泛起褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷;電纜接頭附件制造缺陷,不符合規(guī)程或組裝時不密封等;對絕緣材料維護治理不善,造成電纜絕緣層受潮、臟污和老化。
1.2故障性質(zhì)電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障指電纜一個或多個導(dǎo)體斷開;并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對外絕緣層或?qū)w之間的絕緣下降,不能承受正常運行電壓。現(xiàn)場實際故障形式有很多種組合,運行經(jīng)驗統(tǒng)計,高壓電纜故障大部門是單相對地絕緣下降引起故障。電纜故障等效電路如圖1所示。
根據(jù)故障電阻Rf與擊穿間隙G,電纜故障性質(zhì)分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。開路故障Rf≈∞,擊穿間隙G在直流或高壓脈沖作用下?lián)舸?。低阻故障Rf一般小于100Ω,可用高壓脈沖擊穿;高阻故障絕緣電阻Rf一般大于400Ω,可用高壓脈沖擊穿。閃絡(luò)性故障絕緣電阻Rf≈∞,可用直流高壓或高壓脈沖擊穿。預(yù)防性試驗中發(fā)生的故障多屬閃絡(luò)性故障?，F(xiàn)場還有一種封鎖性故障,多發(fā)生于電纜接頭和電纜外護套無顯著破損痕跡的電纜本體,在某一試驗電壓下絕緣擊穿,待絕緣恢復(fù),擊穿現(xiàn)象便消失,但不能維持正常運行電壓。
2電纜故障探測
2.1故障探測步驟電纜故障探測一般要經(jīng)由判定、測距、定點3個步驟。
(1)電纜故障性質(zhì)判定應(yīng)初步了解電纜敷設(shè)、故障及修復(fù)情況、故障發(fā)生地點及排除經(jīng)由、電纜規(guī)格、絕緣方式、接頭形式、絕緣種類、接頭的精確位置、附近環(huán)境情況以及運行、校驗情況,包括試驗電壓、時間、泄漏電流及絕緣電阻數(shù)值、歷史故障記實等。這些情況對確定故障類型與嚴峻程度是十分重要的。現(xiàn)場可根據(jù)故障發(fā)生時泛起的各種信號指示、跳閘范圍等現(xiàn)象,初步判定故障性質(zhì)。利用兆歐表丈量電纜絕緣電阻值,短路放電火花大小判定絕緣狀況,用萬用表進行導(dǎo)通試驗,判斷故障電阻是高阻仍是低阻;閃絡(luò)性仍是封鎖性故障;是接地、短路、斷線,仍是組合型故障;是單相、兩相仍是三相故障。統(tǒng)計煤礦井下電纜故障情況,高阻及閃絡(luò)性故障占總數(shù)的95%之多,一般多為相間或相對地高阻或低阻故障,而泄漏性高阻最為常見,且絕大多數(shù)故障集中表現(xiàn)在各種電纜頭上。
(2)電纜故障測距根據(jù)電纜故障性質(zhì)和電纜敷設(shè)狀況,現(xiàn)場常用行波法進行故障測距,即在電纜一端使用測試儀器確定故障間隔。低阻、短路、斷路故障采用低壓脈沖反射法,通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差測距。通過識別反射脈沖的極性,判斷故障的性質(zhì)及計算故障點間隔。斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同,短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。高阻與閃絡(luò)性故障應(yīng)用脈沖電壓法和脈沖電流法,使用測試儀器使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號作用下?lián)舸?儀器測試故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號,通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間來回一次的時間測距。脈沖電流法與脈沖電壓法區(qū)別在于:脈沖電流法是通過線性電流耦合器丈量電纜故障擊穿時產(chǎn)生的電流脈沖信號;脈沖電壓法是通過電容、電阻、電感分壓器丈量電壓脈沖信號,儀器與高壓回路有電的耦合。井下常用電壓脈沖法測試故障電纜,其接線原理如圖2所示。該測試方法合用于泄漏性高阻故障及閃絡(luò)性高阻故障。圖中已充電的大容量電容器作為大功率直流電源,通過球隙擊穿短路將電壓加到故障電纜使故障點閃絡(luò)放電形成瞬間短路,球間隙擊穿后,由閃測儀記實脈沖波形并進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理,計算出故障點間隔。根據(jù)電纜型號及故障性質(zhì),調(diào)節(jié)球間隙間距使電纜承受的最高沖擊電壓為電纜耐壓值的3~5倍,使故障點充分放電。
(3)故障定點電纜故障定點常用方法有沖擊放電聲測法、音頻感應(yīng)法、聲磁同步檢測等。煤礦井下電纜裸露吊掛較多,現(xiàn)場采用沖擊放電聲測法定點比較直觀、簡樸、利便。即利用閃測儀初步計算出故障點間隔,判定出故障點大概位置,利用故障點瞬間沖擊閃絡(luò)放電與球間隙擊穿放電同步的原理進行故障定點。故障點擊穿放電,產(chǎn)生較強的機械振動,便聽到“啪”“啪”聲音,利用這種現(xiàn)象在井下便可十分正確地進行故障定位。
2.2故障探測留意事項
(1)脈沖電壓法使用電阻、電容分壓器進行電壓取樣,與高壓回路有電氣連接,按照操縱規(guī)程進行接線與拆線操縱。裝置使用完畢拆線前一定要用放電棒進行充分放電。
(2)儲能電容對高頻行波信號呈短路狀態(tài),應(yīng)選用脈沖電容器,也可使用6 kV電力電容器,容量為1~4μF。
(3)嚴格按要求接線,高壓發(fā)生器接地線與電容出線連接在一起接電纜外皮,盡量縮短電容與電纜之間的連線,高壓設(shè)備、電容器外殼、電纜完好線芯一定要與接地網(wǎng)相連。
(4)調(diào)整球間隙,使通過球間隙加到電纜上的電壓超過故障點臨界擊穿電壓,故障點通過電弧短路擊穿,有利于進步故障點放電產(chǎn)生的地震波強度,便于查找故障點。
(5)球間隙放電時間距離取2~6 s,放電太快,易損壞控制設(shè)備,太慢不易區(qū)別外界干擾。(6)沖擊放電時,若接地不良,可能在電纜護層與接地部門之間有放電現(xiàn)象而誤判定,特別在電纜裸出部門的金屬部位,應(yīng)仔細當真辨別真正故障點,故障點聲音較響,且還會有振動、并伴有局部溫升。
(7)輸出引線與端子、電纜芯線要可靠接觸,否則沖擊放電時產(chǎn)生電弧,影響丈量效果。