淺析低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測(cè)方法

林華勇

【摘 要】本文結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

【關(guān)鍵詞】低壓電纜 絕緣參數(shù) 電纜故障 測(cè)量電路 檢測(cè)方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD611 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0029-01

一、引言

近年來(lái)電力電纜在電力輸送、分配與用電設(shè)備運(yùn)行中得到廣泛的應(yīng)用。低壓電纜作為配網(wǎng)線路的一個(gè)組成部分，以其敷設(shè)方便，占地少、供電可靠、系統(tǒng)功率因素可提高等優(yōu)點(diǎn)，逐步替代普通導(dǎo)線成為配網(wǎng)線路的主力軍，電纜絕緣起著尤為關(guān)鍵的作用，其電氣安全成為保障生產(chǎn)和人民群眾安全的重要屏障。運(yùn)行中的電纜可能因在施工安裝、運(yùn)行過(guò)程中因短路、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行、絕緣老化或外力作用等原因造成故障。其絕緣狀態(tài)好壞直接影響供電可靠性。因而迅速準(zhǔn)確地檢測(cè)低壓電纜絕緣狀態(tài)對(duì)保證故障電纜的及時(shí)修復(fù)有著重要意義。

二、電纜故障的影響

低壓電纜由線芯（導(dǎo)體）、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層組成。當(dāng)絕緣層加上直流電壓時(shí)，沿絕緣表面和絕緣內(nèi)部均有微弱電流通過(guò)，對(duì)應(yīng)于這兩種電流的電阻分別稱(chēng)為表面絕緣電阻和體積絕緣電阻，通常我們所研究的絕緣電阻均指體積絕緣電阻，所以流經(jīng)絕緣內(nèi)部的電流是我們研究的對(duì)象。絕緣電阻是反映電纜絕緣特性的主要指標(biāo)，它反映了電纜產(chǎn)品承受電擊穿或熱擊穿能力的大小，與絕緣的介質(zhì)損耗以及絕緣材料在工作狀態(tài)下的逐步劣化等均存在著極為密切的關(guān)系，絕緣電阻是判斷電纜品質(zhì)變化的重要依據(jù)之一。絕緣電阻測(cè)量準(zhǔn)確與否直接影響電纜品質(zhì)的判定。影響電纜絕緣電阻測(cè)量的因素有儀器準(zhǔn)確度、環(huán)境條件和人員素質(zhì)等幾個(gè)方面。

對(duì)于固體絕緣材料在使用一定的年限以后，絕緣性能都會(huì)只呈現(xiàn)一定程度的老化，其老化的表現(xiàn)主要有絕緣電阻下降、介質(zhì)損耗增大等，最具代表性主要有：熱老化、機(jī)械老化、電壓老化、生物老化等。

無(wú)論是高壓電纜或低壓電纜，在施工安裝、運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常因短路、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行、絕緣老化或外力作用等原因造成故障。電纜故障可概括為接地、短路、斷線三類(lèi)，其故障類(lèi)型主要概括有三芯電纜一芯或兩芯接地、二相芯線間短路、三相芯線完全短路、一相芯線斷線或多相斷線等。

對(duì)于直接短路或斷線故障用萬(wàn)用表可直接測(cè)量判斷，對(duì)于非直接短路和接地故障，用兆歐表?yè)u測(cè)芯線間絕緣電阻或芯線對(duì)地絕緣電阻，根據(jù)其阻值可判定故障類(lèi)型。

故障類(lèi)型確定后，繼續(xù)開(kāi)始查找故障點(diǎn)，一般傳統(tǒng)方法包括：利用低壓脈沖反射法、脈沖電壓取樣法、測(cè)量電阻電橋法、二次脈沖法、脈沖電流取樣法進(jìn)行測(cè)距；利用聲磁同步法、音頻感應(yīng)法、聲測(cè)法進(jìn)行測(cè)點(diǎn)。

三、低壓電纜檢測(cè)的新方法介紹

1、測(cè)距的新方法

（1）利用因果網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)故障定位。因果網(wǎng)絡(luò)中有4類(lèi)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、征兆、假設(shè)、起始原因。狀態(tài)節(jié)點(diǎn)是表達(dá)領(lǐng)域中某部分或某功能的狀態(tài)，如斷路器跳閘；征兆節(jié)點(diǎn)是表達(dá)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的征兆，如斷路器跳閘的征兆是保護(hù)動(dòng)作：假設(shè)節(jié)點(diǎn)是表達(dá)研究系統(tǒng)的診斷假設(shè)，如發(fā)生線路故障的假設(shè)；起始原因節(jié)點(diǎn)是表達(dá)引起故障的最初原因。各類(lèi)節(jié)點(diǎn)之問(wèn)可形成對(duì)應(yīng)的基本關(guān)系。

（2）實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)就是一個(gè)具有智能特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類(lèi)專(zhuān)家思維來(lái)求解復(fù)雜問(wèn)題。因此，專(zhuān)家系統(tǒng)必須包含領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R(shí)，擁有類(lèi)似人類(lèi)專(zhuān)家思維的推理能力，并能用這些知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。電纜故障測(cè)距專(zhuān)家系統(tǒng)將專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)作為電腦的基本數(shù)據(jù)庫(kù)，用一套規(guī)則來(lái)維護(hù)和更新該數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）小波變換應(yīng)用在電纜故障測(cè)距中。小波變換是8O年代后期發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支，被譽(yù)為信號(hào)分析的數(shù)學(xué)顯微鏡，是信號(hào)處理的前沿課題。小波變換在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，如濾波、奇異信號(hào)檢測(cè)、邊緣檢測(cè)等方面應(yīng)用廣泛。

小波分析是幾個(gè)學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)晶，這幾個(gè)學(xué)科是數(shù)學(xué)、信號(hào)處理以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)。小波分析在數(shù)學(xué)上是用小波的原型函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中原型函數(shù)可以看成是帶通濾波器，因此小波分析也可以通過(guò)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵是尋求具有恒定相對(duì)帶寬的濾波器組，而這正是信號(hào)處理中濾波器組理論的核心內(nèi)容。

2、定點(diǎn)的新方法

（1）GPS（全球定位系統(tǒng)）行波故障定位。傳統(tǒng)的高壓輸電線路故障定位主要基于阻抗算法，這種算法對(duì)于高阻接地、多端電源線路、直流輸電線路等情況存在明顯的不適應(yīng)，通常在實(shí)用中其故障定位精度<3%～5%，這對(duì)于長(zhǎng)線路（>100 km）難以滿足尋線要求。現(xiàn)代行波定位是利用故障發(fā)生后線路上出現(xiàn)的以固定傳播速度（約為光速的98%）運(yùn)動(dòng)的電壓行波和電流行波進(jìn)行精確故障定位，其測(cè)量精度<1km，且受線路類(lèi)型、接地阻抗等因素的影響小，目前已有部分產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。

（2）分布式光纖溫度傳感器（FODT）。光纖傳感的基本原理是，當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，光的特性（如振幅，相位，偏振態(tài)等）將隨檢測(cè)對(duì)象的變化而變化。因此，光從光纖中射出時(shí)，光的特性己得到了調(diào)制。通過(guò)對(duì)調(diào)制光的檢測(cè)，便能感知外界的信息。光纖傳感器按其傳感原理可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是傳光型（或稱(chēng)非功能型）；另一類(lèi)是傳感型（或稱(chēng)功能型）。用于電纜故障檢測(cè)的分布式光纖溫度傳感（FODT sensor）屬于傳感型光纖傳感器。

（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計(jì)算系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)神經(jīng)元，經(jīng)可以記憶（存儲(chǔ)）、處理一定的信息，并與其他結(jié)點(diǎn)并行工作。求解一個(gè)問(wèn)題是向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)點(diǎn)輸入信息，各結(jié)點(diǎn)處理后向其它結(jié)點(diǎn)輸出，其它結(jié)點(diǎn)接受并處理后再輸出，直到整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)工作完畢，輸出最后結(jié)果。

四、電纜故障處理措施

1、電纜存在兩個(gè)故障點(diǎn)的故障處理

某食品加工廠臺(tái)架配變低壓端到低壓配電房電源線為低壓聚氯乙烯電纜，全長(zhǎng)115 m，故障相對(duì)地絕緣電阻為80，用低壓脈沖采集波形后，分析波形在距始端較近處。用高壓脈沖測(cè)試，波形不理想，不能斷定其具體位置。探明路徑后，用定點(diǎn)儀循路徑檢測(cè)，在距始端30m處，聲測(cè)法聽(tīng)到較強(qiáng)的放電聲，挖開(kāi)后電纜外皮及鋼甲在此處銹蝕斷裂，但主絕緣未遭破壞，處理好鋼甲后，電纜絕緣仍很低，隨后繼續(xù)查找，用定點(diǎn)儀在距鋼甲斷裂5 m處聽(tīng)到較弱的放電聲，挖開(kāi)電纜，發(fā)現(xiàn)三相已斷開(kāi)，短路接地。象這種有兩個(gè)以上的故障點(diǎn)的電纜查找起來(lái)比較麻煩。

2、高阻故障的處理

有一根全長(zhǎng)為90m的電纜，判斷為高阻故障，高壓脈沖采集波形顯示故障點(diǎn)在60m處，經(jīng)過(guò)處理分析原來(lái)是電纜被支架碰破外皮，溝內(nèi)潮濕，長(zhǎng)時(shí)間后造成絕緣破壞，短路接地放電。

3、故障點(diǎn)放電不充分事故的處理

有的電纜在用低壓脈沖定點(diǎn)后，用高壓脈沖法在故障點(diǎn)周?chē)鷧s聽(tīng)不到放電聲，如某分廠的電源電纜，相間絕緣電阻都為零，相對(duì)地52

屬三相短路并接地。用低壓脈沖法測(cè)故障在265m處，但聲測(cè)法卻聽(tīng)不到，這種情況應(yīng)該用音頻電流感應(yīng)法，即在另端用路徑儀發(fā)生音頻振蕩信號(hào)，用接收器耳機(jī)來(lái)接收音頻信號(hào)，在距發(fā)射端61m處音頻信號(hào)中斷，和用低壓脈沖法在另端測(cè)試的276m距離基本吻合。挖開(kāi)地面后，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)就在此處，電纜被一蒸氣管道井的漏蒸氣長(zhǎng)期高溫熏烤而致絕緣損壞。這種情況不能采用聲測(cè)法的原因是故障點(diǎn)大面積受潮或故障點(diǎn)大面積放電，由于放電爬距過(guò)長(zhǎng)，能量不集中，電弧不足以使故障點(diǎn)形成瞬間短路導(dǎo)致的，這是故障點(diǎn)放電不充分的表現(xiàn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

低壓電纜多采用橡膠絕緣，電纜在使用過(guò)程中，由于橡膠的氧化分解作用，使硫化橡膠的電物理和機(jī)械性能發(fā)生變化：變硬、變脆，在橡皮上形成裂紋，空氣和水分填充在裂紋中使電纜老化加劇，最終導(dǎo)致絕緣擊穿或短路。為了減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和降低生產(chǎn)成本，因此低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于保證設(shè)備的安全運(yùn)行起到了非常重要的作用。對(duì)電纜目前技術(shù)狀態(tài)的確切評(píng)價(jià)不僅從保證電力設(shè)備工作可靠性的觀點(diǎn)來(lái)看是重要的，而且從預(yù)防火災(zāi)的角度來(lái)看也是很重要的。

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