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复杂高压电缆系统主绝缘故障的快速定位方法  

2016-07-14 15:33:09|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 1复杂高压电缆系统主绝缘故障定位的特点

  1.1波发射法定位困难的原因:

  高压电缆的运行维护部门,通常拥有昂贵复杂的进口电缆定位车,自然首选高压脉冲波发射法定位。而复杂高压电缆系统的几个特点,均使主绝缘故障定位变得困难,详细分析如下:

  含有GIS终端:通常需要打开GIS终端气室,关系到另一个部门,另一个专业,工作协调及人员调配费时多多,因此最好不要打开GIS终端气室。电缆线芯可以通过接地刀引出,但引出套管耐压有限,通常110kVGIS开关为8kV,220kVGIS开关为12kV,因此通过该点能施加的电压有限。

  含有T接头:T接头将电缆分为3段,脉冲经过T接头时,能量分为3份,一份返回,另外2份传至另外2段电缆,如强弩之末,难以使故障点放电,定位、定点均不合适。如故障点远离测量点或在另外2段电缆上,脉冲经复杂反射,波形复杂,难以定位。

  包含交叉互联段:经过交叉换位后,波阻抗产生突变,使定位反射波十分复杂,难以定位,高压脉冲在该点也有能量损失,难以到达远处。因此要求短路同轴接地电缆,使故障相电缆金属护层连续。实际上,短路全线可能超过10个交叉互联接地箱,并非易事,该程序往往耗时一天。碰到接地箱位置不明或需要开挖,更是困难。有时同轴接地电缆长达10多米,即使短路,也会形成阻抗突变,高低压脉冲均会发射,因此同轴接地电缆短路效果有限。

  此外,常常碰到故障点无法闪络击穿。如:中间接头击穿,即使电阻低至kΩ,因为中间接头的高低压电极间隔大,击穿通道长,相当于在高低压电极间并联一个电阻,冲击电压下没有闪络。电缆本体也有类似情况,运行中产生的击穿通常将铝护套炸开,击穿通道被水填满,冲击电压下没有闪络。因此无法使用波发射法(包括脉冲电流法,多次脉冲法)定位。

  上述4个方面,使波发射法难以定位复杂高压电缆系统主绝缘故障。

  1.2高压电桥法定位困难的原因

  在波发射法以前,利用Murray电桥对击穿点定位是经典的办法,方便而准确。电桥法的依据是线芯(或屏蔽层)电阻均匀,与长度成比例。图1为典型用法:

  典型产品为图2。

 高压电桥,内含高频高压恒流源及高灵敏度检流计,解决了电源对电桥平衡干扰的难题,电源与电桥合为一体。测量电缆为专用的高压电缆,采用四端法电阻测量原理,定位精度高。电桥置于高压侧,而操作钮安全接地。解决了电桥法用于高阻定位的局限性,使电桥法无盲区、精确、容易使用的特点得以发挥。该电桥在国内的保有量超过1000台,广泛用于中低压电缆故障定位。

  该电桥用于高压电缆主绝缘或护层故障定位时,接线原理图如图3。也有许多成功例子,优点为:

  但有时无法定位,主要原因为:临近运行电缆的负荷电流产生工频磁场,在故障电缆XY,及辅助电缆MN,围成的区域XYNM产生感应电压。在检流计的2端M、 X形成可能超过100V的工频电压,而用于定位的直流电位差不过mV级。因此,检流计容易损坏,或者不能平衡,或因为交流参与电桥平衡,定位比例误差很大。

  因此,波发射法及上述高压电桥法用于高压电缆定位均有局限性。

  2 GZD-2010电缆故障定位智能电桥

  为利用电桥法的优点,避免工频感应电压的干扰,我们针对高压复杂电缆定位特点,研发了GZD-2010电缆故障定位智能电桥。集烧穿和智能电桥于一体。烧穿功能额定电压60kV,短路电流600mA,可以快速将高阻故障烧成低阻。智能电桥额定工作电流600mA,大大提高了故障定位精度。特别适合于高压、大截面、大长度复杂电缆系统的主绝缘故障预定位。

除了断线故障以外,GZD-2010电缆故障定位智能电桥,可用于所有电缆主绝缘及护层故障的定位。外观如图4。

  2.1智能电桥定位原理及方法

  智能电桥定位基于电压降法,原理如下图:

  电缆长度为L,测量端至故障点长度为LX,故障电缆与辅助电缆在远端以低阻导线短路。高压恒流源输出恒定电流I1,经开关K5加在故障电缆线芯上,经过故障电阻RZ,由金属护层或大地流回,电流I1在LX电缆线芯上产生电压降U1,该电压由mV表测得,由此可以计算该段电阻为RX。

  然后,分开K5,合上K6,重复上述步骤,可以测得RY(包括辅助电缆电阻),通常辅助电缆与故障电缆截面相同,有2RL=(RX+RY)。

  故障长度由下式计算得出

  LX=2L*RX/(RX+RY)

  由此可见,复杂电缆系统的定位变成了简单的电流电压测量问题,即高压恒流源输出电流的测量,及mV级直流电压降的测量。

  电流测量精度容易达到,困难在电流的稳定,竣工试验中出现的电缆击穿,往往为闪络型击穿,需要烧穿降低电压及故障电阻,才能获得稳定电流。我们研制了专用的恒流烧穿源,最大输出电压60kV,短路电流600mA,在1kV到60kV,均能输出超过600W的功率,15分钟能烧穿220kV中间接头。

  mV级直流电压降测量的困难在于,该电压与可能高达100V的工频电压叠加,我们研制了专用的滤波单元,兼顾滤波效率及测量精度。

 利用上述原理研制的GZD-2010电缆故障定位智能电桥,具备3种测量方法:

  1、电压降法:定位主绝缘故障,按图6和7接线。输入电缆全长,先在故障电缆远端制造一个低阻接地点,以测量电缆全长电阻,再撤销该低阻接地线,重复测量,即可显示故障长度。其缺点是需要2个测量步骤。优点是远端可用小截面短接线,对于高压电缆户外终端及未完成施工的电缆护套定位,接线方便的优点足以抵消2次测量的麻烦。

  

  2、截面法

  已知被测电缆线芯截面积和材料,可选用截面法预定位,接线按图7,对于高压电缆,电缆截面标称值比较可靠,实践表明,也有不低于3%的定位精度。截面法无需知道电缆长度。

  3、电桥法

  电桥法远端短接线,必须使用低阻值、粗短线。

  高压电缆主绝缘故障定位,在GIS终端处短接,或护层故障定位,在接线箱中短接,推荐该法,定位可一次完成。接线方法如图8

 2.2试验验证

  2011年3月9号,委托国网电力科学研究院电气检测中心进行了仪器精度试验验证,详细内容见报告1。

  试验用电缆说明:型号YJLW03127/2201*1000mm2长度25.5m

  电缆铝护层/截面890mm2长度24.2m

  试验要求:定位精度:±(0.2%?L+1)m

  试验目的:检验仪器其中2种定位方法,即截面法和电压降法。

  试验结果说明:仪器达到了设计定位精度:±(0.2%?L+1)m

  试验现场如图9

  3 定位举例:

  GZD-2010电缆故障定位智能电桥,近2年,实际完成超过20次的高压电缆定位,均在半天内完成定位。一次定位误差较大,原因为:电缆运行中跳闸,引起2处击穿,其中一处烧断,导致定位误差较大。其定位的有效及方便给各地用户留下深刻印象,也带动了仪器的迅速推广。

  2012年6月9日,在中山供电局的定位过程,充分说明了该仪器的定位有效性:

  线路图情况如图10。是典型的复杂电缆系统,含有T接头,沙口终端站为1组GIS终端,另2组为塔上安装户外终端。线路长达7.7公里。

  ?小榄站到#6接头,长度:3752米,型号:YJLW03-800。

  ?#6接头到N1塔终端,长度:4030米,型号:YJLQ03-500。

  ?#6接头到沙口站,长度:193米,型号:YJLW03-630。

  C相低阻击穿。

 使用GZD-2010电缆故障定位智能电桥前,首先尝试波发射法,将C相全线交叉互联接地箱中同轴电缆短路,使用多次脉冲法定位不成功。

  在N1塔终端上,用3根12m,50mm2铜导体并联短路,在小榄站尝试使用GZD-400A高压定位电桥定位,因另一回路电缆运行,感应电压高达40V,定位不成功。

  图10110kV小菊乙线概况

  3.1定位过程:

  用GZD-2010电缆故障定位智能电桥在小榄站测量,电桥法。长度折算到800mm2:

  #6接头-N1,500mm2长度:4030米,相当于:6448m。

  短路线150mm212m,相当于64m。相当于单相电缆总长增加:32m

  因此电缆总长折算到800mm2后为10232m。

  测量2次:第一次结果为:17.77%故障点距离为3636m,换一端测量。第二次结果为:83.44%故障点距离为3389m,如下图11:

  平均为:3512m。

  初测结果为:距#6接头(T接头)小榄站方向240米。

  解开#5,#6接头间3相电缆的接地线,测量该段故障相铝护套对地电阻,很低。而此前10多天该段护套绝缘良好,说明发生主绝缘击穿同时损坏了护层绝缘。短路#5接头的B,C相铝护套,用GZD-2010电桥,在#6接头测量护套故障点,结果为距#6接头约270.6m处。显示界面为下图:

在距#6接头的270m处开始测量跨步电压,最后在约距离#6接头250m处确定护层故障点。在C相加脉冲电压,在该处听到明显放电声。确定最终故障点。

  开挖显示为电缆本体击穿。如图13:

  3.2定位小结:

  利用GZD-2010电缆故障定位智能电桥,完成上述定位,费时3小时。无需拆开交叉互联箱,临近运行电缆干扰没有影响。

  初步确定位置后,再复查护层电阻,由此判断护层低阻点可能与击穿点重合,然后利用跨步电压定位。街边嘈杂环境,跨步电压定位护层缺陷点,范围大,精度高,比脉冲声磁同步法更容易找到故障点。

  因此,故障定位效率,有赖于合理选择仪器,根据实际情况,灵活应用其他方法辅助。

  因为击穿点进水,脉冲电压难以形成闪络击穿,这可能是先前波发射法失败的原因。

  实践表明,运行中形成的击穿,往往残压电阻均较低,因为在中间接头内部或击穿通道进水,很可能难以形成闪络击穿。使用GZD-2010电缆故障定位智能电桥定位,往往不需烧穿,5kV电压下即可顺利完成定位,因此也不必打开GIS终端气室。竣工试验中形成的击穿,往往呈闪络型击穿,根据残压即可判断击穿类型,在附件上还是电缆本体上。如在附件上,派人监护每个中间接头及终端,加直流电压至击穿,故障点可以听到大的放电声,定位一击成功。如在本体,先烧穿,再定位。可以说,利用GZD-2010电缆故障定位智能电桥定位,复杂高压电缆的定位难题迎刃而解。

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