淺談火電廠電力電纜外護(hù)層絕緣損壞的故障定位

秦永生 敖龍強

（內(nèi)蒙古華電烏達(dá)熱電有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

火電廠的控制系統(tǒng)應(yīng)由兩部分組成：一部分為就地計算機控制系統(tǒng)；另一部分為主控室計算機控制系統(tǒng)。主控制室計算機應(yīng)備有不間斷電源，主控室與風(fēng)電機組現(xiàn)場應(yīng)有可靠的通信設(shè)備。火電廠必須備有可靠的事故照明。處在雷區(qū)的火電廠應(yīng)有特殊的防雷保護(hù)措施。火電廠與電網(wǎng)調(diào)度之間應(yīng)保證有可靠的通信聯(lián)系。火電廠內(nèi)的架空配電線路、電力電纜、變壓器及其附屬設(shè)備、升壓變電站及防雷接地裝置等的要求應(yīng)按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1 火電廠發(fā)電機組安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計原則

為了使火電廠發(fā)電機組能夠可靠地運行。應(yīng)在風(fēng)電機組控制系統(tǒng)的保護(hù)功能設(shè)計上加以重視。在設(shè)計控制系統(tǒng)時；往往只注重系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計和提高可利用率，而忽略安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計。因此，控制系統(tǒng)必須具備完善的安全保護(hù)功能，這是風(fēng)電機組安全運行的必要條件。

（1）由于火力發(fā)電機組的內(nèi)部或外部發(fā)生故障，或監(jiān)控的參數(shù)超過極限值而出現(xiàn)危險情況，或控制系統(tǒng)失效，火電廠發(fā)電機組不能保持在它的正常運行范圍內(nèi)，則應(yīng)啟動安全保護(hù)系統(tǒng)，使火電廠發(fā)電機組維持在安全狀態(tài)。

（2）安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)以失效安全為原則。當(dāng)控制失敗或安全保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生任何部件單一失效或動力源故障出現(xiàn)危險情況，以致引起機組不能正常運行時，安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能對火電廠發(fā)電機組實施保護(hù)。

（3）安全保護(hù)系統(tǒng)的動作應(yīng)獨立于控制系統(tǒng)。即使控制系統(tǒng)發(fā)生故障也不會影響安全保護(hù)系統(tǒng)的正常工作。保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)為多級安全鏈互鎖，在控制過程中具有邏輯“與”的功能，而在達(dá)到控制目標(biāo)方面可實現(xiàn)邏輯“或”的結(jié)果。

（4）應(yīng)調(diào)定安全保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)電平，使其不超過作為設(shè)計基礎(chǔ)的極限值，以免火電廠發(fā)電機組發(fā)生危險，同時也應(yīng)使控制系統(tǒng)不會受到安全保護(hù)系統(tǒng)不必要的干擾。

（5）安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能優(yōu)先使用至少兩套制動系統(tǒng)以及發(fā)電機的斷網(wǎng)設(shè)備。一旦偏離正常運行值，安全保護(hù)系統(tǒng)即被觸發(fā)并立即執(zhí)行其任務(wù)，使火電廠發(fā)電機組保持在安全狀態(tài)。通常在它的處理下，利用所有的制動系統(tǒng)使風(fēng)輪減速。與電網(wǎng)脫離不必在安全保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)瞬間立即執(zhí)行。在任何情況下應(yīng)避免火電廠發(fā)電機組加速和發(fā)電機作為電動機運行。

（6）安全保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計中應(yīng)采取適當(dāng)措施防止由于用戶和其他人的誤操作引起火電廠發(fā)電機組誤動作。在機組的任何狀態(tài)下，非法的鍵盤及按鍵輸入應(yīng)不被確認(rèn)。

2 高壓電力電纜線路故障發(fā)生的原因及其特征

2.1 機械損傷

機械損傷類故障比較常見，所占的故障率最大(約為57%)，其故障形式比較容易識別，大多造成停電事故。一般造成機械損傷的原因有以下幾種：

1）直接受外力損壞。如進(jìn)行城市建設(shè)，交通運輸，地下管線工程施工、打樁、起重、轉(zhuǎn)運等誤傷電纜。

2）施工損傷。如機械牽引力過大而拉損電纜；電纜彎曲過度而損傷絕緣層或屏蔽層；在允許施工溫度以下的野蠻施工致使絕緣層和保護(hù)層損傷；電纜剝切尺寸過大、刀痕過深等損傷。

3）自然損傷。如中間頭或終端頭的絕緣膠膨脹而脹裂外殼或附近電纜護(hù)套；因自由行程而使電纜管口、支架處的電纜外皮擦破；因土地沉降、滑坡等引起的過大拉力而拉斷中間接頭或電纜本體≠因溫度太低而凍裂電纜或附件；大型設(shè)備或車輛的頻繁振動而損壞電纜等。

2.2 絕緣受潮

絕緣受潮是電纜故障的又一主要因素，所占的故障率約為13%，絕緣受潮一般可在絕緣電阻和直流耐壓試驗中發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。一般造成絕緣受潮的原因有以下幾種：（1）電纜中間頭或終端頭密封工藝不良或密封失效。（2）電纜制造不良，電纜外護(hù)層有孔或裂紋。（3）電纜護(hù)套被異物刺穿或被腐蝕穿孔。

2.3 絕緣老化

電纜絕緣長期在電和熱的作用下運行，其物理性能會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其絕緣強度降低或介質(zhì)損耗增大而最終引起絕緣崩潰者為絕緣老化，絕緣老化故障率約為19%。運行時間特別久(30～40 年以上)的則稱為正常老化。如在較短年份內(nèi)發(fā)生類似情況者，則認(rèn)為是絕緣過早老化。

3 高壓電力電纜外護(hù)層高阻故障定位

由于電纜完好段直流電阻穩(wěn)定，無論是兩相線芯之間還是線芯與金屬屏蔽層之間絕緣擊穿短路，短路故障點都把電纜分成兩段，只需要測試兩端之間的電阻比值，就知道了兩段之間的相對長度比，通過電纜總長度計算即可確定故障點的位置。

3.1 確定故障性質(zhì)

當(dāng)著手對某一故障電纜進(jìn)行故障測試時，首先要進(jìn)行的工作是了解故障電纜的有關(guān)情況以確定故障性質(zhì)。

3.2 粗測距離

當(dāng)確定了故障電纜的故障性質(zhì)以后，就可以根據(jù)故障性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)臏y試方法測出故障點到測試端或末端的距離，這項工作稱為粗測距離。人們在長期的生產(chǎn)實踐中探討和總結(jié)出多種故障距離的粗測方法，即經(jīng)典法(如電橋法及其變形等)和現(xiàn)代法(脈沖反射法)。

隨著電力電纜生產(chǎn)質(zhì)量的提高和新型絕緣材料的采用，使電纜的故障電阻不斷提高(達(dá)到兆歐級)。據(jù)統(tǒng)計，凡預(yù)防性試驗擊穿的故障電阻，不少于90%在兆歐數(shù)量級以上；運行故障的75%是高阻故障，其中60%以上的故障電阻達(dá)到兆歐級。由此看來電纜故障的絕大部分為高阻故障，那些只能測試低阻故障的經(jīng)典測試方法顯然適用性太差。當(dāng)遇到高阻故障時，必須經(jīng)過一個耗時。費力的“燒穿”降阻過程，以求把高阻故障轉(zhuǎn)化為低阻故障，這個漫長的過程需要的設(shè)備笨重而繁雜，而新型絕緣材料電纜的故障電阻極難“燒穿”與降阻。現(xiàn)代的脈沖反射測試法可以做到無需經(jīng)過“燒穿”降阻而直接進(jìn)行高阻故障的測距。這一發(fā)明無疑是電纜故障診斷技術(shù)的重大進(jìn)步。

3.3 探測路徑或鑒別電纜

故障電纜經(jīng)過粗測以后便得出一個故障距離Lx，這個故障距離是由測試端(即首端或稱始端)到故障點的距離。從理論上講，以測試端為圓心，以故障距離Lx 為半徑劃一個圓，圓周上的所有點都滿足故障點到測試端的距離為Lx 的條件，顯然故障點只能是圓周上的某一點，而這一點又必須在電纜上，這是可以借助的另外一個條件。當(dāng)把電纜路徑用線段畫出以后，這條線段必將與R=Lx 的圓相交于一點，這一點才是欲尋找的故障點。對于直接埋設(shè)在地下的電纜，需要找出電纜線路的實際走向(可以測出埋設(shè)深度)，即為探測路徑。對于在電纜溝、隧道等處的明敷電纜，則需要從許多電纜中挑選出故障電纜，即鑒別電纜。

4 結(jié)論

火電廠發(fā)電機組離開電網(wǎng)的支持是無法工作的，一旦有突發(fā)故障而停電時，控制器計算機由于失電會立即終止運行，并失去對風(fēng)電機組的控制。此時，安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)控制空氣動力和機械制動系統(tǒng)動作，執(zhí)行緊急停機。緊急停機就意味著在極短的時間內(nèi)，

風(fēng)機的制動系統(tǒng)將使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速由運行轉(zhuǎn)速變?yōu)榱恪１疚耐ㄟ^對高壓電力電纜外護(hù)層高阻故障定位進(jìn)行分析，能夠有效地控制風(fēng)電機組的安全運行。

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