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(qiáng)

（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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；另一部分為主控室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。主控制室計(jì)算機(jī)應(yīng)備有不間斷電源，主控室與風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有可靠的通信設(shè)備?；痣姀S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(jī)組安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為了使火電廠發(fā)電機(jī)組能夠可靠地運(yùn)行。應(yīng)在風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的保護(hù)功能設(shè)計(jì)上加以重視。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)；往往只注重系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高可利用率，而忽略安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(jī)組安全運(yùn)行的必要條件。

（1）由于火力發(fā)電機(jī)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(xiǎn)情況，或控制系統(tǒng)失效，火電廠發(fā)電機(jī)組不能保持在它的正常運(yùn)行范圍內(nèi)，則應(yīng)啟動(dòng)安全保護(hù)系統(tǒng)，使火電廠發(fā)電機(jī)組維持在安全狀態(tài)。

（2）安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)力源故障出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，以致引起機(jī)組不能正常運(yùn)行時(shí)，安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)火電廠發(fā)電機(jī)組實(shí)施保護(hù)。

（3）安全保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作應(yīng)獨(dú)立于控制系統(tǒng)。即使控制系統(tǒng)發(fā)生故障也不會(huì)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(jí)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(shí)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(jì)基礎(chǔ)的極限值，以免火電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)生危險(xiǎn)，同時(shí)也應(yīng)使控制系統(tǒng)不會(huì)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(dòng)系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)的斷網(wǎng)設(shè)備。一旦偏離正常運(yùn)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(jī)組保持在安全狀態(tài)。通常在它的處理下，利用所有的制動(dòng)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(jī)組加速和發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

（6）安全保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(jī)組誤動(dòng)作。在機(jī)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(jī)械損傷

機(jī)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(shí)別，大多造成停電事故。一般造成機(jī)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(yùn)輸，地下管線工程施工、打樁、起重、轉(zhuǎn)運(yùn)等誤傷電纜。

2）施工損傷。如機(jī)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(dòng)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(yàn)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(yùn)行，其物理性能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其絕緣強(qiáng)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(yùn)行時(shí)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(diǎn)都把電纜分成兩段，只需要測(cè)試兩端之間的電阻比值，就知道了兩段之間的相對(duì)長度比，通過電纜總長度計(jì)算即可確定故障點(diǎn)的位置。

3.1 確定故障性質(zhì)

當(dāng)著手對(duì)某一故障電纜進(jìn)行故障測(cè)試時(shí)，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(cè)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(cè)試方法測(cè)出故障點(diǎn)到測(cè)試端或末端的距離，這項(xiàng)工作稱為粗測(cè)距離。人們?cè)陂L期的生產(chǎn)實(shí)踐中探討和總結(jié)出多種故障距離的粗測(cè)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(jí))。據(jù)統(tǒng)計(jì)，凡預(yù)防性試驗(yàn)擊穿的故障電阻，不少于90%在兆歐數(shù)量級(jí)以上；運(yùn)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(jí)。由此看來電纜故障的絕大部分為高阻故障，那些只能測(cè)試低阻故障的經(jīng)典測(cè)試方法顯然適用性太差。當(dāng)遇到高阻故障時(shí)，必須經(jīng)過一個(gè)耗時(shí)。費(fèi)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(gè)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?，F(xiàn)代的脈沖反射測(cè)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(cè)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(cè)路徑或鑒別電纜

故障電纜經(jīng)過粗測(cè)以后便得出一個(gè)故障距離Lx，這個(gè)故障距離是由測(cè)試端(即首端或稱始端)到故障點(diǎn)的距離。從理論上講，以測(cè)試端為圓心，以故障距離Lx 為半徑劃一個(gè)圓，圓周上的所有點(diǎn)都滿足故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離為Lx 的條件，顯然故障點(diǎn)只能是圓周上的某一點(diǎn)，而這一點(diǎn)又必須在電纜上，這是可以借助的另外一個(gè)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(diǎn)，這一點(diǎn)才是欲尋找的故障點(diǎn)。對(duì)于直接埋設(shè)在地下的電纜，需要找出電纜線路的實(shí)際走向(可以測(cè)出埋設(shè)深度)，即為探測(cè)路徑。對(duì)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(jī)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(shí)，控制器計(jì)算機(jī)由于失電會(huì)立即終止運(yùn)行，并失去對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制。此時(shí)，安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)控制空氣動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作，執(zhí)行緊急停機(jī)。緊急停機(jī)就意味著在極短的時(shí)間內(nèi)，

風(fēng)機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)將使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速由運(yùn)行轉(zhuǎn)速變?yōu)榱?。本文通過對(duì)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(jī)組的安全運(yùn)行。

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