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   地埋电缆故障维修
    地埋电缆供电以其安全、可靠、有利于美化城市和厂矿布局等优点,已经得到越来越广泛的应用。但是地埋电缆一般都埋在地下,一旦发生故障,需要采用合适的地埋电缆故障测试方法,尽可能准确地找到故障点,快速进行地埋电缆故障维修,以减少因停电造成的损失。
    地埋电缆故障的查找一般要经过诊断、测距(预定位)、定点(精确定位)3个步骤。
    地埋电缆故障发生后,一般先通过测绝缘电阻等方法,初步判断出故障的性质;然后根据地埋电缆故障类型,采用合适的测距方法,初步测出故障的距离位置;最后沿着地埋电缆走向在此位置前后仔细探测定点,直到找出精确的故障点位置,从而实现地埋电缆故障维修。
    地埋电缆的故障类型
    要进行地埋电缆故障维修,首先要分析造成地埋电缆故障的原因,确定地埋电缆故障类型。
    造成地埋电缆故障的原因有很多,比如:机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化变质、过电压、材料缺陷、电缆绝缘物流失、设计和制作工艺不良以及护层腐蚀等。按照地埋电缆故障出现的部位,通常可将故障类型大致分为断线故障、主绝缘故障和护层故障。
    断线一般是由于地埋电缆故障电流过大而烧断电缆芯线或外界机械破坏等原因造成的,其测试也比较简单。主绝缘故障一般可用电路等效,其中电阻尺主要取决于电缆介质的碳化程度,间隙G的击穿电压取决于放电通道的距离,而电容Cf则取决于故障点及其附近受潮的程度(其数值较小,一般可以忽略)。根据故障电阻和击穿间隙的情况,通常将主绝缘故障分为低阻、高阻及闪络性故障。低阻故障与高阻故障的区分界限一般取电缆本身波阻抗的l0倍,但在实际测试工作中并不要求很严格地区分。闪络性故障的故障点电阻极高,可给故障电缆施加到较高的电压,故障点才闪络击穿。预防性试验中所发生的故障多属于这种情况。
    高压单芯电缆的护层故障在性质上与主绝缘故障类似,但由于该故障发生在金属护层与大地之间,因而其测试方法与主绝缘故障测试有很大不同。在实际测试时,一般先用万用表、兆欧表等测量故障电缆的相间、相对地的电阻值,初步判断电缆的故障类型,再有针对性地选择故障测试方法。
    地埋电缆故障精确定位方法
    对地埋电缆故障进行精确定位,是对地埋电缆故障进行快速维修的好方法和捷径。
    地埋电缆故障的精确定位(亦称定点)是故障查找的关键。由于电缆端部预留以及测量误差等原因,通过预定位方法算出电缆故障点的距离后,需要再通过精确定位的方法,找出故障点的准确位置。对于发生闪络性故障的电缆,施加高压脉冲后,故障点会发生伴随声音信号和电磁信号的放电。在地面上沿电缆走向用振动传感器拾取放电时产生的声音信号并加以放大,收到信号最强的地方一般就是故障点位置,这种定位方法称为声响法。但声响法不易区分外界振动噪声的干扰。如果同时再检测放电所产生的电磁信号,不但能有效排除掉非放电时的外界振动声音,还能根据接收到声音、电磁信号的时间间隔,大致估计出故障点到探头的距离,这种测试方法叫做声磁同步法。如果电缆发生了低阻故障,例如故障电阻小于1O Q,就很难检测到故障点放电的声音或者根本就没有放电声音,因而也就不能使用上述方法进行故障定位。这时可以用音频感应法通过检测地面上磁场的变化来确定故障点位置。在电缆故障相注入音频电流信号,经故障点后流回电源。由于电磁耦合作用,在大地中会产生感应电流,从而形成地面磁场。用线圈在地面上沿电缆走向检测,信号明显变弱或中断的地方一般就是故障点位置。对于地埋电缆护层故障的定位,大多使用跨步电压法,其原理是:在故障护层上注入直流电流,经故障点后由大地流回,从而在地面产生跨步电压;在预定位出的故障距离附近用一对探头沿电缆走向检测不同位置的跨步电压值,根据其大小、极性,就可以确定故障点的位置。在实际使用中,为减小地面杂散电流的影响,通常注入的是直流脉冲信号。如事先将零位在中心的电压检测计的指针调零,当直流脉冲到来时,根据指针摆动的幅度及偏向,判断故障点的远近及方位。但是,在现场条件下,由于地面杂散电流的影响,通常很难将电压检测计调零并保持。根据现场的使用经验,这时宜采用数字电压表(例如普通的数字式万用表的毫伏挡),以检测脉冲到来时电压读数变化的幅度来衡量跨步电压,这样有助于解决电磁式电压表调零难的问题。
    地埋电缆故障维修
    地埋电缆故障类型不同,采用的维修方法也不同。
    1. 地埋电缆断线及主绝缘故障
    判明地埋电缆故障的性质后,一般要先进行预定位测试,估算出故障点到地埋电缆头的距离。这一过程也称作故障测距。预定位测试可以避免查找故障点的盲目性,提高工作效率。
    传统的测距方法是电桥法,是地埋电缆故障维修的方法之一。将故障相与另一无故障相在对端短接组成电桥的两个臂,在测量端外接2个电阻器(其中1个为可调电阻)组成电桥的另外两个臂,施加直流电压并调节电桥使之平衡。根据电阻比值和地埋电缆全长,可求得故障的距离。该方法可用于低阻故障(含短路故障)的测距。如使用电容电桥还可以测量断线故障。但对于高阻和闪络性故障,除非采用高压电桥、或采用外施高压事先将故障点烧成低阻故障,否则,由于注入的电流太小,电桥很难平衡。但是,用电桥法测量时要知道地埋电缆全长等资料,对地埋电缆芯线材料的均匀性、对端短接线电阻及接触电阻的要求也都很高。另外,电桥法无法测量三相短路及三相断路故障。因而,目前现场已较少使用电桥法。
    低压脉冲法是受雷达原理的启发而发明的。在地埋电缆故障相注入1个低压脉冲,该行波信号遇到阻抗不匹配点(例如故障点、终端头、中问接头等)会产生反射和折射。利用收到反射脉冲和发射脉冲的时间差以及地埋电缆中的波速,就可以计算出故障点的距离。根据该方法设计的仪器称为时域反射仪(TDR)。低压脉冲方法接线方便,不用对端短接,可以准确地测出断线、短路及低阻故障,但它很难测试高阻和闪络性故障,因为这两种故障点处的行波反射系数很小,反射脉冲难以识别。
    冲击闪络法可以较好地测试高阻和闪络性故障。通过高压脉冲电容器等储能设备向故障地埋电缆冲击放电,地埋电缆故障点被击穿并维持短暂时间。击穿初始时刻,故障点处会产生1个行波信号,沿地埋电缆线路在端点及击穿点处来回多次折反射。通过分压器或电流耦合器,在示波器或专用仪器上观察该行波信号在测量端与故障点间往返1趟的时间,即可计算出故障点的距离。对应的方法分别称为脉冲电压法和脉冲电流法,但这两种方法得到的波形是有区别的。脉冲电压法检测的是电压行波信号,其优点是波形易于理解;而脉冲电流法则是检测电流行波的变化量信号,其优点则是操作安全、接线简便。另外,对于闪络性故障,也可直接向地埋电缆上施加直流高压。由于该情况下故障电阻极高,试验电压升到一定值时,故障点处就会产生闪络击穿。这种测试法称为直流闪络法(直闪法)。这时所得到的脉冲电流法测试波形更为简单、直观,容易理解。对于高阻和闪络性故障,还可以用二次脉冲法(SIM)测试。先用高压脉冲将故障点击穿,在故障点起弧后熄弧前,由测试仪器向地埋电缆耦合注入一低压脉冲。此时的情况类似于低阻故障,耦合进的脉冲信号在故障点会发生反射,记录下此时的反射波形。电弧熄灭时,测试仪器再向地埋电缆注入一低压脉冲,此脉冲在故障点处再发生反射,再记录下此时的波形。将两次得到的波形叠加在一起进行比较,波形明显分又的地方即为故障点。以上过程也可由专门设计的测试仪器自动完成,并将结果显示在液晶屏幕上。
    2. 地埋电缆护层故障
    地埋电缆护层故障测试是近年来比较突出的1个新问题。因为低压地埋电缆一般都是三相统包结构,对其金属护层的对地绝缘一般没有特殊要求。但对于高压单芯地埋电缆,外护层绝缘一旦发生故障,造成金属护层多点接地,会产生环流,其发热将加速地埋电缆老化,缩短缆的使用寿命。另外,故障处进水也会造成地埋电缆受潮。所以高压单芯电缆在运行中要求护层绝缘良好,通常只在电缆头的一端直接接地。对于高压单芯电缆的护层故障,由于大地的行波损耗很大,脉冲法所能测试的距离很短,已经不能有效使用。可以使用高压电桥法或直流压降比较法(压降法)。压降法的原理及测试过程是:将故障相的护层与另一完好相的护层在对端短接,分别在两相上注入相同大小的电流,通过两次测得的两相间的电压,可求得故障点的距离与全长的比值。但压降法有着电桥法同样的缺点,测试接线的接触电阻对测试结果影响较大。目前提出了一种新的、更简便有效的方法——直流电阻法,是地埋电缆故障维修常用的方法之一。先在对端将故障相的护层与芯线(仅用作测试辅助线)短接,再用直流高压设备向护层注入直流电流(电压一般在5kV左右即可)。测量芯线与护层之间的电压以及注入的电流,两者相除即得测试点到故障点这一段的护层电阻值。将该电阻值与单位长度的护层电阻值比较,就能得出故障点的距离。这种方法成功地避免了测试接线的接触电阻以及对端短接线电阻的影响,因而测试结果比较准确。另外,现场使用时,应注意采用同相芯线作为辅助线,而避免使用其他相的芯线或金属护层,这样,同相的芯线和护层相当于同轴电缆结构,有助于减少现场电磁干扰对测量结果的影响。

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