高压电力电缆故障分析及探测技术.pdf

第 3期 2 0 0 3年 6月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd M i ne Au t o ma t i on NO ． 3 J u n．2 0 03 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 x 2 0 0 3 0 3 0 0 3 7 0 3 高压电力电缆故障分析及探测技术 陈鹏飞 ， 刘 士栋 ， 徐 清 波 ， 王 太 续0 1 ， 义马煤业集团机 电部， 河南 义马4 7 2 4 0 0 ； 2 ． 义马煤业集团耿村矿机电科 ， 河南 渑池4 7 2 4 3 1 ； 3 ． 天地 科技 股 份有 限公 司常州 自动化 分公 司 ， 江 苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘要 分析 了煤矿 井下 高压 电 力电缆 故 障原 因， 简要 介 绍 了 电缆 故 障测 试原 理 、 方 法 以及 故 障 测试 的 注 意 事项 。 关 键词 矿 井 ； 电 力电缆 ； 故 障 ； 探 测 中图分 类 号 T D 6 1 1 文 献标 识码 B 0 引言 电力电缆具有供电安全 、 可靠 ， 适宜煤矿井下特 殊环境 而 在矿 山得 到 了 广泛 应 用 。常 用 高 压 电 力 电 缆主要有纸绝缘绕包型 、 交联聚乙烯绝 缘挤包 型及 橡胶 绝缘 挤包 型 等 。井 下 电缆 运行 环 境 相 对 比较 恶 劣 ， 生产负荷不均匀性等综合外界 因素 ， 致使 电缆容 易发生故障 ， 影响供电安全 、 可靠。正确分析 电缆故 障产生的原因 ， 了解电缆敷设环境 ， 确切判断 出电缆 故障性质， 选 择合适的探测方法 ， 快速 、 准确 地判定 出故障点 ， 能够提高供电可靠性 ， 减少故 障修复费用 及停 电损失 。 1 电缆故 障分 析 1 ． 1故 障原 因 1 机 械损 伤 机械损 伤 引起 的电缆故 障 占电缆 事故 很大 比 例 。安装 时碰 伤 电 缆 、 机 械 牵 引 力 过 大 而 拉 伤 电 缆 及 过度 弯 曲而 损 伤 电缆 ； 直 接 受 外 力 损 坏 以 及 自然 现象 造成 的 损 伤 ， 如 车 辆 挤 压 、 岩 石 冒 落 砸 伤 、 环 境 腐蚀等 ， 易造成电缆本体故障。 2 绝 缘受 潮 主要 是 中 间接 头 、 终 端 接 头 安 装 工 艺 不 良造 成 密封失效而导致潮气侵入 ， 破坏绝缘性能。 3 绝 缘 老化 变 质 电缆绝 缘介 质 内部 气 隙在 电场 作 用 下 产生 游 离 使绝缘下降 ； 过热也会 引起绝缘层老化变质造成绝 缘下降。 收 稿 日期 2 0 0 30 31 2 作者简介 陈鹏飞 1 9 6 8一 ， 男 ， 工 程师 ， 1 9 9 1年 7月 毕业 于阜 新矿业学 院， 现 主要从事机 电技 术管理工作 ， 已发表论文多篇 。 4 过 电压 大气过电压与操作过 电压 、 故障暂态 过电压作 用使电缆绝缘击穿形成故障。 5 设 计 和 制造 工艺 不 良 中间接 头 和 终 端 接 头 的 防 潮 、 电 场 分 布 设 计 不 完 善 、 材料 选 用 不 当 、 制 作 工 艺 不 良 、 不 按 操 作 规 程 要求制作等 ， 都会造成电缆头绝缘故障。 6 材 料 缺陷 电缆本身绝缘层材料缺陷 ； 包缠绝缘层过程中， 绝缘 层上 出现 褶 皱 、 裂 损 、 破 口和 重 叠 间 隙等 缺 陷 ； 电缆接头附件制造 缺陷， 不符合规程或组装时不密 封等 ； 对 绝缘 材 料维 护 管理 不 善 ， 造 成 电缆 绝 缘 层 受 潮 、 脏污 和 老化 。 1 ． 2故 障性质 电缆故障从形式上可分为串联与并联故障。串 联故障指电缆一个或多个导体断开 ； 并联故 障是指 导体对外绝缘层或导体之间的绝缘下降 ， 不能 承受 正常运行 电压。现场实际故障形式有许 多种组合 ， 运行经验统计 ， 高压电缆故障大部分是单相 对地绝 缘下降引起故障。电缆故障等效电路如图 1所示 。 中G 图 1 电缆故障等效 电路 Rf 一绝缘 电li t 电缆介质 的碳 化程度 ； G一击穿 电压为 vc的击穿伺 隙 放 电通 道距 离 ； Cf 一局部 电容 故 障点受潮 程度 根据故障电阻 Rf 与击穿间隙 G， 电缆故障性质 分为 开 路 、 低 阻 、 高 阻 与 闪 络 性 故 障。开 路 故 障 Rf ≈o o ， 击 穿 间隙 G 在直 流或高 压脉 冲作用下 击 穿。低阻故障 R 一般小于 1 0 0 Q， 可用高压脉 冲击 维普资讯 3 8 工矿 自动化 2 0 0 3年 6月 穿 ； 高阻故障绝缘电阻 Rf 一般大于 4 0 0 Q， 可用高压 脉冲击穿。闪络性故障绝缘电阻 R ≈ o 。 ， 可用 直流 高压或高压脉冲击穿。预防性试验 中发生的故障多 属闪络 性 故 障 。现 场 还 有 一 种 封 闭性 故 障 ， 多 发 生 于 电缆接 头 和 电缆外 护 套无 明显 破 损痕 迹 的 电缆 本 体 ， 在某 一试 验 电 压 下 绝 缘 击 穿 ， 待 绝 缘 恢 复 ， 击 穿 现象 便 消失 ， 但 不能 维持 正 常运 行 电压 。 2电缆 故 障探 测 2 ． 1故 障探 测 步骤 电缆 故 障探 测一 般要 经 过 判 断 、 测 距 、 定 点 3个 步骤 。 1 电缆故 障性质 判 断 应初 步 了解 电缆敷 设 、 故 障 及修 复情 况 、 故 障发 生 地点 及排 除 经过 、 电缆 规格 、 绝 缘 方 式 、 接 头形 式 、 绝 缘 种 类 、 接 头 的精 确 位 置 、 周 围 环 境 情 况 以及 运 行 、 校 验情 况 ， 包 括试 验 电压 、 时间 、 泄 漏 电流 及 绝 缘 电阻数值 、 历史故 障记录等。这些情况对确定故 障 类 型 与严 重程 度 是 十分 重要 的 。 现场可根据故 障发生 时出现的各种信 号指示 、 跳闸范围等现象， 初步判 断故障性质。利用兆欧表 测 量 电 缆 绝 缘 电 阻 值 ， 短路 放 电火 花 大小 判 断绝 缘 状况， 用万用表进行导通试验 ， 判定故障电阻是高阻 还 是低 阻 ； 闪络 性 还是 封 闭性 故 障 ； 是 接 地 、 短路 、 断 线 ， 还是 组合型 故 障； 是单 相 、 两 相还 是三 相故 障。 统计煤矿井下 电缆故 障情况 ， 高阻及闪络性故障 占 总数 的 9 5 ％之 多 ， 一 般 多 为 相 问 或 相 对 地 高 阻 或 低 阻故障 ， 而泄漏性高阻最为常见， 且绝 大多数故 障集 中表 现 在各 种 电缆 头上 。 2 电缆 故 障测 距 根据 电缆故障性质和 电缆敷设状况 ， 现场常用 行波法进行故障测距 ， 即在电缆一端使用测试仪 器 确定故障距离。低阻 、 短路 、 断路故 障采用低压脉冲 反射法 ， 通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时 间差测 距 。通 过 识 别 反 射 脉 冲 的极 性 ， 判 定 故 障 的 性质及计算故 障点距离 。断路故障反射脉 冲与发射 脉冲极性 相同， 短路故障 的反射脉 冲与发射脉 冲极 性 相 反 。高 阻与 闪络 性 故 障应 用 脉 冲 电 压法 和脉 冲 电 流法 ， 使 用 测 试 仪 器 使 电缆 故 障 在 直 流 高 压 或 脉 冲高压信号作用下击穿 ， 仪器测试故 障击穿产生 的 瞬间脉冲信号 ， 通过 观察放 电电压脉 冲在 观察点 与 故障点之间往返一次的时间测距。脉 冲电流法与脉 冲 电压 法 区 别 在 于 脉 冲 电 流法 是 通 过线 性 电 流耦 合器测量 电缆故障击穿时产生 的电流脉冲信号 ； 脉 冲电压法是通过电容 、 电阻、 电感 分压器测量电压脉 冲信号 ， 仪 器 与高 压 回路 有 电 的耦合 。 井下常用 电压脉冲法测试故 障电缆 ， 其接 线原 理如图 2所示。该测试方法适用于泄漏性高 阻故障 及闪络性高阻故障。图中已充电的大容量电容器作 为 大 功 率 直 流 电 源 ， 通 过 球 隙击 穿 短路 将 电压 加 到 故障电缆使故障点闪络放 电形成瞬 间短路 ， 球 间隙 击 穿 后 ， 由 闪 测 仪记 录 脉 冲 波 形 并 进 行 复 杂 的 数 学 处理． 计算 出故 障点距离。根据电缆型号及故 障性 质， 调节球间隙间距使 电缆承受 的最高 冲击 电压为 电缆 耐 压值 的 3 ～5倍 ， 使故 障点充 分 放 电 。 图 2电 压 脉 冲 法 测 试 原 理 图 3 故 障 定点 电缆 故 障 定 点 常 用 方 法 有 冲 击 放 电声 测 法 、 音 频感应法 、 声磁 同步检测等。煤矿 井下电缆裸露悬 挂 较 多 ， 现 场 采用 冲击 放 电声 测 法 定 点 比 较 直 观 、 简 单 、 方 便 。 即利用 闪测 仪初 步计 算 出 故 障 点距 离 ， 判 断出故障点大概位置 ， 利用故障点瞬间冲击闪络放 电与球 间隙击穿放电同步的原理进行故障定点。故 障点击 穿放 电， 产生 较强 的机 械振动 ， 便 听到 “ 啪” “ 啪 ” 声音 ， 利 用 这 种 现 象 在 井 下 便 可 十 分 准 确 地 进 行故 障 定位 。 2 ． 2故 障探 测 注意事 项 1 脉 冲 电 压 法 使 用 电 阻 、 电 容 分 压 器 进 行 电 压取样 ， 与高压回路有 电气 连接 ， 按照操作规程进行 接 线 与拆线 操 作 。装 置使 用 完 毕拆 线 前 一 定 要 用 放 电棒 进行 充分 放 电 。 2 储 能 电容 对 高 频 行 波 信 号 呈 短 路 状 态 ， 应 选 用 脉 冲电容 器 ， 也 可 使 用 6 k V 电 力 电 容 器 ， 容 量 为 1 ～4 F 。 3 严 格 按 要 求 接 线 ， 高 压 发 生 器 接 地 线 与 电 容出线 连接在一起 接电缆外皮， 尽量缩短 电容与 电 缆之间的连线 ， 高压设备 、 电容器外壳 、 电缆完好线 芯一 定 要与 接地 网相连 。 4 调 整 球 间 隙 ， 使 通 过 球 间 隙加 到 电 缆 上 的 电压 超 过 故 障点 临 界 击 穿 电压 ， 故 障 点 通 过 电 弧 短 路 击穿 ， 有 利 于提 高故 障点 放 电产 生 的地 震 波强 度 ， 便 于查 找故 障点 。 维普资讯 第 3 期 2 0 0 3年 6月 工矿 自 动化 I nd u s t r y a nd M i ne Aut o m a t i on NO ． 3 J u n．2 0 0 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 3 0 30 0 3 90 3 小型循环流化床锅炉自动控制系统的设计 刘 雷 霆 ， 毛卫 清 煤炭工业邯郸设计研究院， 河北 邯郸0 5 6 0 3 1 摘 要 介 绍 了小型 循环 流 化床 锅 炉工 艺特 点 、 典 型结 构 和控 制要 求 ， 阐述 了小 型循 环流 化 床 锅 炉 自动控 制 系统 D C S 的设 计 方 法 ， 提 出 了 系统 的 解决 方案 。 关键 词 电 厂 ；锅 炉 ；自动控 制 ；循 环 流化床 中 图分 类号 T M6 2 1 ． 2 文献标 识 码 B 1循环 流化 床 C F B 锅炉 的 主要 工艺 流 程 1 物 料 系统新 燃 料 煤 、 脱硫 剂 石灰 石 不 断加入 到炉 膛燃 烧 室 层 中 ， 床 层 底 料 在 一 次 风 的作 用下 开始 流化 、 破 碎 、 燃 烧 ， 被 烟 风 带 出燃 烧 室 的粉 尘 被分 离器 分离 捕捉 ， 由 回料 设 备返 回到燃烧 室 中 ， 形成 了灰循 环流 化过 程 。 2 风 烟 系 统 循 环 流 化 床 的 一 次 风 大 约 6 0 ％总风量 从 炉膛 床 层底 部 吹入 ， 推 动床 层底 料 流 化 ， 形 成还 原燃 烧 气 氛 ； 在 某 一 高 度 加 入 二 次风 ， 促 使燃料的充分燃烧 ； 高压风使 回料返 回燃烧室 中， 形 成 循 环 回路 。 3 汽水 系统给水 经 过省 煤器 、 汽包 、 水冷 壁 、 过冷 器 ， 向外 提供 合 格 的蒸 汽 。 2小 型循 环流 化床 C F B 锅炉 结 构及 控 制要 求 小 型 循 环 流 化 床 C F B 锅 炉 由布 风 装 置 、 密相 区、 稀相区 悬浮段 、 床内受热面 、 气固物料分离装 收稿 日期 2 0 0 3 0 3 0 6 作者 简介 刘雷霆 1 9 6 4一 ， 1 9 9 1年毕业 于 中国矿 业大 学 自动 化专业 ， 获硕士学位 ， 现在煤炭工业 邯郸设计 研究 院工作 ， 高级工 程 师 主任工程师 。 置 、 固体物料再循环设备 回料装置 、 尾部受热面等 部 分组 成 。 1 布风 装 置 由锅 炉 底 部 的一 次布 风 室 、 布 风 板 、 风 帽等组 成 ， 布 风装 置是 循环 流 化床 锅 炉 的重要 组 成 部分 。流化 状 态 的建立 、 流 化 质量 的好 坏 、 燃烧 工况稳定与否都与布风装置的结构有极大关系。 2 密相 区通 常 是 指 布 风 板 上 方 的炉 膛 空 间 。 床 料主 要 在密 相 区 内实 现 液态 化燃 烧 ， 燃 料 中 的大 部 分热 量 在 密相 区 内释放 。热 态 条件 下 的流 化风 速 一 般 控 制 在 3～4 m／ s以 上 ， 床 温 控 制 在 8 5 0～ 9 5 0℃ 范 围 内。 3 稀相区 悬浮段 通常指密相 区上方的炉膛 空间 一直到炉顶 。在密相 区未燃尽的燃料颗粒进 入悬浮段 后依靠二 次风 的助燃 作用进一 步燃烧 放 热 。一 般 来 说 ， 悬 浮 段 的 烟 气 流 速 控 制 在 1～ 2 m／ s ， 炉膛 出 口温 度控 制 在 1 0 0 0℃ 以下 。 4 床 内受 热 面主要 由炉 膛 内 的膜 式 水冷 壁 和 高低温过热器所组成 ， 它是 C F B锅炉吸收热量把水 变成蒸 汽的 主要 环节 。锅炉 出 口的主汽 温度 控 制在 4 5 0℃ 左 右 中温 中压 锅 炉 。 5 C F B锅炉 的气 固物 料 分离 装 置 的种 类 比较 多 ， 目前 国内较 多使用 的是高温旋风分离器 。悬浮 5 球 间隙 放 电时 间 间隔 取 2 ～6 s ， 放 电太 快 ， 易 损坏 控 制设 备 ， 太 慢 不 易 区别外 界 干扰 。 6 冲击放电时 ， 若接地不 良， 可能在电缆护层 与接地部分之间有放电现象而误 判断， 特别在 电缆 裸出部分的金属部位 ， 应仔细认真辨别真正故障点， 故障点声音较响 ， 且还会有振动 、 并伴有局部温升。 7 输 出 引线 与端 子 、 电缆 芯 线 要 可靠 接 触 ， 否 则 冲击放 电时产生电弧 ， 影响测量效果。 3 结 语 计 算 机 技 术 的 应 用 ， 推 动 了电 缆故 障探 测 技 术 的发 展 ， 西安 四方机 电公 司 S D C系列 智 能 电 缆 故 障 测距 仪 、 定点 仪 ， 测试 精 度 高 、 操 作 简便 ， 在 矿 山现 场 得 到 了广泛 应用 。但 由于 煤矿 井下 电缆 故 障探 测 的 特殊性 ， 现场测试人员仍需积累经验 ， 推广和应用先 进的电缆故障探测技术 ， 提高电缆故障探测水平 。 维普资讯