XLPE电缆外护套故障定位特例分析

2019-11-03 10:08:37

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来源：转载

供稿：网友

姬黎波，钟连宏，王祖林，林杰江

广东省广电集团有限公司佛山供电分公司

广东佛山　　528000

　　摘　要：XLPE电缆外护套是防止水分进入主绝缘的第一道关口，因此对外护套故障点的及时定位、修补尤为重要。介绍了应用S3000电缆故障定位系统对外护套故障定位的现场特例，并指出采用高压电桥预定位和跨步电压法精确定位相结合是最快捷的电缆外护套故障测寻方法。鉴于外护套故障定位仪对干燥地面下电缆故障定位存在灵敏度不足问题，通过改进定位仪电路，提高了仪器的测试灵敏度。

　　关键词：电缆护套；跨步电压；故障定位

　　佛山城区在10年前敷设的110 k V交联聚乙烯（XLPE）电缆，主要采用浅槽和穿PVC管结合的方式。2001年，共发生了5次主绝缘故障。其中一回400 mm2电缆的L1，L2，L3相连续发生绝缘击穿事故。发生连续故障的一相电缆外护套早已损坏，将其锯开并倾斜后，有水流出。此电缆为日本住友公司产品，金属屏蔽层采用不具备防水性能的疏绕软铜丝，外护套采用聚氯乙烯（PVC）材料。对事故处理后的剩余电缆段，依照GB11017标准，在武汉高压研究所做了切片试验，结果表明电缆样品的绝缘层微孔和杂质检查项目合格，但在绝缘层中检测到蝴蝶结形水树，最大长度为450μm，密度为500个／mm3（≥25μm），布满绝缘层。

　　目前，电缆击穿理论中较为人们接受的是水树枝理论，水树枝的形成及其发展速度同绝缘材料及制造工艺相关。外护套是防止水分进入主绝缘的第一道关口，因此对外护套故障点的及时定位、修补尤为重要。2002年，广东省广电集团有限公司佛山供电分公司购进BAUR公司的S3000电缆故障定位系统后（包括直流－脉冲电压发生器SSG2100、DMB5电桥、跨步电压测试仪KMF1、电缆识别仪KSG100），利用它已检测出大约80个故障点，如今已完成了三回共8．69 k m电缆的修补工作。外护套故障主要原因是：施工过程中被拖伤、压伤、石头或护联箱紧固螺栓顶穿；受白蚁破坏；外力破坏等。白蚁破坏面较大，几乎能损坏50 m长的电缆。本文对探测过程中的特殊故障的定位情况分析如下。

　　1　关于粗定位的特例分析

　　1．1　两个故障点以上的粗定位

　　阻测量，能测最高直流电压为6kV，能测最大电流为50mA。加压测试过程中，可以利用SSG2100监视所加电压和电缆泄漏电流。对于一相两个故障点以上的电缆进行粗定位时，测得值为等效集合参数。以两个故障点为例：把两个故障点绝缘电阻和两个故障点间的电缆屏蔽导体电阻进行△－Y理论转换后，电桥定位在Y的中点上。实际定位在两个故障点间，且靠近绝缘电阻低的故障点。通常多个故障点的接地电阻在不同电压下的变化不一致，如不同电压下用电桥测得几个数据变化，应估计有多点故障。当用跨步电压法精确定位时，易找到的是距离信号发生器近端或接地电阻最小的故障点。

　　1．2　有中间直通头的情况（即两段电缆屏蔽层通过中间头连通）

　　由于电缆资料不清或电缆运行中击穿导致中间绝缘头变成直通头，会把完好电缆误判断成有故障电缆。用DMB5在两端进行粗定位时，参照等效原理图1。因RL11等于RL12，测得故障点位于50％全长处，但定位处始终找不到故障点，此时应考虑上述情况。

　　2　关于精确定位的特例分析

　　一般，利用脉冲电压发生器SSG2100和KMF1是比较容易找到故障点的，但是也有一些特例。

　　2．1　对中间电缆井里的故障定点

　　由于时间紧迫的原因，须迅速排除中间井里有否故障点。但是，通常在中间井处用SSG2100发脉冲时，脉冲发生器的回流线（地线）与中间井地网相接。用跨步电压法时，会显示井外有故障信号，井边附近信号相当强，但始终找不到故障点。有时，此信号还能掩盖较弱的井内故障点。原因分析如下：

　　参照图2，电缆中间井地网面积S＝L1×L2＝20 m×3 m，水平接地极总长度L＝n×（L1＋L2）＝3×（20 m＋3 m）＝69 m。材料为0．05 m×0．005 m扁铜，d＝0．05 m／2＝0．025 m。电缆埋设在沙土中，埋深h＝1．2 m。设湿砂土的视电阻率ρ＝100Ω·m，所加脉冲电流I＝0．5 A，理论计算接地极电位为：

　　由于网状接地极的精确地表电位分布要借助边界元程序计算求得，在此仅进行简单分析说明：信号发生器接地端为正，远方故障点为负，因为电缆井的接地电阻较大，忽略远方故障点的回流作用时，出现了2．06 V的干扰信号。计及端部效应，直线形接地极端部的电流密度大得多，端部边缘附近的电位差也大。电极沿电缆敷设方向的地表面的电位Vx分布如图2所示。

　　当脉冲发生器的回流线（地线）接在中间井的地网里，最大的电位差出现在地网边缘附近，沿x方向电位差变小，故显示井外有故障，且信号会变弱。此时应把信号发生器的地线移至附近插入地中的铁构架上，但要注意人身安全，可能铁构架的接地电阻较大，会降低故障点电流。最好把发生器的地线接在相邻段电缆金属屏蔽上，前提是需把相邻段电缆金属屏蔽与相邻中间电缆井地网相连，当然能与电缆终端的变电站地网相连，效果更好。

　　2．2　故障点在一个与电缆平行的建筑工地地网里

　　对于护套低阻故障，可利用KSG100仪进行外护套故障定位。KSG100仪，主要用于自动识别电缆，包括KSG100（输出最大脉冲电压为300 V，最大脉冲电流为100 A）和柔性电流互感器TA（测试信号幅度和方向）。一次，故障点在一个建筑工地地网内，当时，虽然已用电桥粗定位出位置，用跨步电压法定点时，信号微弱，指示方向无规律，采用音频法也无法定点。排除与相邻电缆护套直通，用电桥在两端分别定位得出结果一致后，在粗定位点挖开一个水泥盖板，用KSG100在护联箱处在护套和地之间加方波，用柔性型TA圈在电缆上，通过信号的流向和幅值变化判断出故障点方向，然后在故障点方向距粗定位点20 m处开挖一个水泥盖板，把故障点缩小在20 m里，进一步在距粗定位点10 m处开挖，最后把故障范围缩小在5 m里。揭开水泥盖板，看见一块3．5 m×0．46m×0．055 m的水泥盖在电缆上，撬开水泥，见到一条50 mm的尖长铁钎穿过浅槽，插破L2相铝护套，已危及电缆主绝缘。事后查明，因为电缆旁边一建筑工地开挖一大坑固坡时，为固定垂直的大片铁丝网，打钎时插伤了电缆，并灌入电缆沟不少水泥浆。由于故障点在一个与电缆平行的建筑工地地网里，地网起到均压作用，因此无法用跨步电压法精确定点。

　　3　提高故障点在干燥地面下的测试灵敏度

　　有时，经长时间连续曝晒后，电缆沿线土壤干燥，信号微弱，很难用跨步电压法精确定位。虽然能用手动档提高灵敏度，但调零困难。笔者分析了器R1，C1起充电和隔直流作用，使检流计容易调零。R1防止C2～C4充电后通过大地放电，又使C2～C4反向充电，导致检流计指针在平衡点两边摆动，误判断护套故障方向。

　　由于R1（220 kΩ）电阻值太大，降低了定位仪的灵敏度，在手动档输出插孔自行串接10μF涤纶电容器和220 kΩ电位器，通过调节电位器减小电阻，能大大提高灵敏度，并能解决调零困难的问题。不过须注意的是，由于电容冲放电的原因，即使指针的第一次摆动幅度较小，它仍表明为故障方向。

　　4　结论

　　a）出现电缆外护套接地情况时，应选择合适方法和仪器，才能提高测寻效率。

　　b）采用高压电桥预定位和跨步电压法精确定位相结合是最快捷的电缆外护套故障测寻方法。

　　c）利用完好相或者电缆较短时敷设的辅助线（电缆外护套三相绝缘为零时）做好电桥预定位工作，认真分析预定位数据，才能提高测寻效率。

　　参考文献：

　　［1］解广润．电力系统接地技术［M］．北京：水利电力出版社，1991．

　　［2］董振亚．电力系统的过电压保护［M］．北京：中国电力出版社，1997．

　　
摘自《广东电力》

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