电缆的检修维护和故障判定方法.pdf

2 0 0 9 年第4期 煤矿机电 8 3 电缆的检修维护和故障判定方法 马桂荣 ， 李桂兰 平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山 4 6 7 0 0 1 摘 要 详细分析 了电缆故障的原因， 总结 了电缆故障的判定方法 ， 以供使用 与维护人员为确保 供电安全、 可靠作参考。 关键词 矿用 电缆 ； 故障；判定方法 中图分类号 T D 6 1 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 9 0 4 0 0 8 3 04 Me t h o d s o f o v e r h a u l i n g ma i n t e n a n c e a n d F a u lt De c is i o n o f Ca b le MA G u i - r o n g，L I G u i l a n P i n g d i n g s h a n I n d u s t r i a l C o l l e g e o f T e c h n o l o g y ， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e r e a s o n s o f c a b l e f a u l t a r e a n a l y z e d d e t a i l e d l y，t h e d e c i s i o n me t h o d s o f c a b l e f a u l t a r e s u mma r i z e d t o p r o v i d e t h e r e f e r e n c e s f o r t h e o p e r a t o r a n d ma i n t e na n c e s t a f f t o e ns u r e s a f e a n d r e l i a b l e po we r s u p pl y． K e y wo r d s mi n i n g c a b l e；f a u l t ；d e c i s i o n me t h o d 1 概 述 电缆是输送 电能的主要设备 ， 煤矿中常用 的电 缆有铠装 电缆 ， 橡套电缆 ， 塑料 电缆 ， 屏蔽电缆 。由 于井下潮湿、 巷道狭小、 并时有落顶和岩石塌陷等现 象发生 ， 为了保证供电可靠与安全 ， 必须对电缆进行 经常检查 ， 以保证电缆的安全运行 。 检查 电缆的方法通常采用外部检查和试验检查 两种， 外部检查时主要着重于以下几个方面 ①电缆 各部分有无机械损 伤； ② 电缆终 端头的接地线接触 是否良好， 钢铠有无锈蚀现象； ③铜接线耳与所连设 备的接触是否 良好 ， 有无发热及脱焊现象 。终端头 的绝缘是否干净 ， 绝缘有无过热及烧焦的情形 ， 端头 处的绑线外敷绝缘是否良好； ④终端头有无漏油现 象； ⑤电缆胶是否碎裂； ⑥终端头内部绝缘胶有无结 晶现象。 可看出电机发生转子断条故障时， 结点 |s ． 所 对应的频带能量约为正常时的 2倍 ， 在基频附近频 带能量明显增大。s 4 ⋯s ．。 的频带范 围内能量也 有所增大， 该频段所对应 的是 电流 3 、 5谐 波所在频 率范围， 所 以可知电机发生断条故障时会产生 3 、 5 次谐波。经多次实验可知 依据该故障诊断模式可 以快速准确地判断出电机转子断条故障。 参考文 献 [ 1 ] 盛兆顺 ， 尹琦岭． 设备状态监测与故障诊断技术及应用[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 姜建国， 汪庆生． 用 自 适应方法提取鼠笼式异步电动机转子断 条 的特征分I E J ] ． 电工技术学报 ， 1 9 9 6 4 ． [ 3 ] 邱阿瑞． 提取感应电动机转子故障特征的新方法[ J ] ． 清华大 学学报 ， 1 9 9 7， 3 7 1 ． [ 4 ] D e n g X ． R i t h c h i e E 。 J o k i n e n T ． A n i m p m v e d k n o w l e d g e b a s e o f a f u z z y l o g i c s y s t e m f o r a n i n d u c t i o n mo t o r w i t h r o t o r f a u l t s [ C ] ． P r o c e e d i n g s o f C I CEM9 5， Ha n g z h o u， Ch i n a ， 1 9 9 5． [ 5 ] C a o Z ， R i t c h i e E， R o t o r f a u l t d i a g n o s i s o f i n d u c t i o n m o t o r b a s e d o n a d y n ma i c a s s o c i a t i v e me mo o f c h a o t i c n e u r a l n e t w o r k[ c] ， P r o c e e d i n g s o f I CE M 2 0 0 0， He l s i n k i ， F i n l a n d， 2 0 0 0． [ 6] 许 伯强 ， 李 和明 ， 孙 丽玲． 基 于小 波包分 析 的笼型异 步 电动机 转予断条在线检测方法[ J ] ． 中小型电机， 2 0 0 1 ， 2 8 6 ． [ 7 ] 孙延奎． 小波分析 及其应用 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 05 ． [ 8 ] 任震， 张征平， 黄雯莹， 等基于小波包算法的电机故障信号的 压缩和重构 [ J ] ． 中国电机工程学报 ， 2 0 0 1 ， 2 1 1 ． [ 9 ] 王新， 黄建． 基于小波包的故障特征信号提取的研究[ J ] ． 电子 器件 ， 2 0 0 7， 3 3 ． 作者简介 李涛 1 9 8 3一 ， 男， 在读硕士研究生。研究方向为信号处 理 与故障诊断。 收稿 E t 期 2 0 0 9 0 3 0 9 ； 责任编辑 陶驰东 8 4 煤矿机电 2 0 0 9年第4期 2 故障原因分析及处理 铠装 电缆主要是 由机械外伤而引起短路、 接地 和断线故 障， 所 以在使用 中， 应避免发生挤 、 碰、 折裂 等情况。由绝缘受潮引起的故障， 多半出现在接头 处 ， 主要是因密封不严或电缆制造不 良， 绝缘老化变 质而引起 。 铠装电缆出现相间短路的主要原因是 ①电缆 头制作工艺质量问题 ； ② 电缆铠装带开裂 ， 铅包层有 裂纹， 使绝缘破坏造成短路； ③铜芯电缆和铝芯电缆 之间的铜- 铝或铝一 铝连接接头压接工艺不 当， 接头 处接触不良， 接触电阻过大， 发生短路故障； ④电缆 受砸、 受压、 发生短路； ⑤库存时间较长， 电缆端头受 潮， 或在做电缆头时， 不做耐压试验。 铠装电缆接头密封不严造成的故障较多， 因此， 必须严格制作工艺， 电缆接头应满足下述要求 1 耐压强度应不低于电缆铅包未剥部分 的耐 压 ； 2 在允许运行温度内， 温差不宜过大； 3 要有能适应各种运行条件的机械强度 ； 4 密封性能良好且结构简单 ， 便于施工 。 引起终端头漏油的原因可能是 ① 由于电缆过 负荷运行， 电缆油温度增高因体积膨胀而漏油； ②由 于电缆高度差而形成的油位差所产生的静压力而漏 油； ③对于所使用的材料规格掌握不严， 使用不当以 及制作中密封不严； ④绝缘带包缠不良又没有很好 的涂漆和干燥 。对于铅手套的终端头如在铅手套上 发现少量的渗油， 可用烙铁加热或其他局部补焊的 方法消除。补焊时勿使 内部绝缘 过热 ， 在接线耳或 铅手套手指 口处渗油时， 可将该处绝缘剥去 ， 重新包 扎 。若漏油严重时应重新制作终端头。在拆下包缠 的绝缘时应尽量按包 缠顺序逐步进行 ， 切忌用刀切 削。对于开包型终端头在三芯分叉处漏油时应重新 制作。 终端头出现绝缘不 足， 开裂时可用 同样牌号 的 绝缘胶灌满， 如发现有很多水分时， 应将旧胶清除， 用相同牌号的新绝缘胶重新灌胶 。发现终端头受潮 时 ， 可用红外线灯泡或 白炽灯进行干燥 。干燥处理 一 直进行到电缆的绝缘电阻上升至稳定值后2 h ， 且 吸收比≥1 ． 3结束。 铠装 电缆对外皮的绝缘 电阻 2 0 o C时每公里数 值 标准应符合如下列要求 ①额定电压为 1 3 k V， 粘性浸渍电缆或不滴流电缆为 5 0 M Q， 滴干绝 缘电缆为 1 0 0 MQ； ②额定 电压为 61 O k V 粘性浸 渍电缆或不滴流 电缆为 1 0 0 MQ， 滴干绝缘 电缆为 2 0 0 Mn。 在井下不能使用带黄麻外皮的铠装电缆。为了 防腐， 可在电缆钢带外面定期涂以防腐油漆， 铠装电 缆必须按规定设置接地。 橡套电缆造成短路故障的原因主要是机械损 伤 。只要按照相关规程要求进行敷设 、 连接 ， 运行中 加强维护管理， 即可减少或避免短路故障的发生。 单相接地故障是井下低压电网中常见的故障， 因为 井下供电变压器中性点不接地。单相漏电接地故障 主要原因是机械损伤后造成一相绝缘损坏； 电缆与 设备连接时接头毛刺与设备外壳相碰， 或接头脱落 碰壳； 电缆热补质量问题造成单相接地。电缆断线 主要原 因是受外界移动 的机械设备拖挂而拉断； 也 有因电缆强度不够， 再加上移动电缆时被人为地生 拉硬拖将电缆拉断的。为此， 应加强工作责任心， 杜 绝上述原因造成 的断线事故 。 电缆故障发生后， 应按照以下顺序处理 ①首先 根据故障的现象和状态 ， 正确判断故障的类型， 并及 时向矿调度和机 电主管部 门汇报 ， 组织有关人员迅 速进行处理 ； ② 当电缆因故障引起火灾时， 应立即切 断电缆电源 ， 并不失时机地灭火救灾 。当火势蔓延 过快不能立即扑灭时， 应立即通知附近采区、 队的人 员迅速撤离危险区， 并按矿井的救灾计划进行灭火； ③ 当采用在地面测试的方法测试井下铠装电缆的故 障时 ， 在进风巷道风流中的瓦斯浓度必须控制在 ≤ 1 ％方可进行 。对于井下采区队， 使用普通型携带式 电气测量仪表来测定 电缆故障时， 必须 由瓦斯检查 员检查该地点的瓦斯含量， 只有其瓦斯浓度≤1 ％时 方可使用； ④当井下橡套电缆发生故障后， 应根据故 障现象进行分析和判断， 确定故障类型和故障点。 在处理故障时， 必须将故障电缆与其它电缆完全隔 开， 方可进行测试和处理； ⑤当连接电缆的开关跳闸 时， 应查明原因， 并由瓦斯检查员检查故障电缆所在 地段的瓦斯浓度， 当浓度≤1 ％时方可对故障电缆进 行送电来判断电缆故障。对有煤 岩 与瓦斯突出 的矿井和瓦斯喷出区域内的故障电缆， 严禁用试送 电的方式进行故障和寻找电缆故障点。 在使用橡套电缆时 ①由于橡套电缆多用在移 动机电设备上 ， 所 以要特别 注意不要被机械挤压或 拉伤以及煤、 岩、 的砸击； ②随机移动的电缆能悬挂 的一定要挂好； ③橡套电缆的接地芯线要按规定使 2 0 0 9 年第4 期 煤矿机电 8 5 用， 不准借作它用； ④不准将电缆堆放盘圈， 以免引 引起电气故障； ⑤电缆破损后， 必须进行硫化热补， 不准用胶布或蜡布包扎。以免引起漏电 ， 暂时不能 进行热 冷 补的地方， 需用接线盒连接； ⑥电缆要 正确悬挂， 不允许随便扔放 ； ⑦不能用低压 电缆输送 。 高压电， 要按规定选择使用； ⑧对采、 掘工作的橡套 电缆， 要注意被机械挤坏和放炮崩坏； ⑨电缆护套、 绝缘层不应出现龟裂和破损； ⑩电缆的绝缘与导体、 绝缘与绝缘、 绝缘与护套之间应不粘合， 对屏蔽电 缆， 屏蔽层与导体之间应不粘合； ⑩主芯截面≤2 ． 5 mm 的电缆 ， 在长度 1 0 0 m m以内， 接头数不应超过 6 个， 且接头间距不应 1 0 m； 主芯线截面≥4 m m 的电缆 ， 在长度 1 0 0 m 以内， 接头数不应超过 4个 ， 且接头间距不应 1 5 m； ⑩电缆应进行浸水工频交 流耐压试验， 试验电压及施加电压时间应符合表 1 的要求。 表 1 试验电压和施加 电压 时间 橡套 电缆头发生破损后通 常采 用 的维修 方法 是 ①硫化热补法。当电缆破损后， 可用硫化热补器 进行接补 。先在电缆断芯处用电工刀分级切去护套 及绝缘 ， 漏 出芯线。芯线的接头可用搭接绑线法 ， 或 用油压接套管连接。接头接好后都要焊锡焊住， 然 后用绝缘生胶依一半压一半重叠缠绕 ， 每边应 比接 头长出 1 0 m m， 把包扎后的线芯合拢， 放入垫芯。以 电缆原绞合角转一角度 ， 再用护套生胶带一半压一 半加以统包缠绕 ， 包好后直径 比原来 电缆外径要大 2～3 m m， 然后把要把修补部分 放入 电缆热补器 的 压模胎具中， 胎具表面撒一层化石粉防止粘胶 ， 拧动 热补器手轮使胎膜 压紧 电缆 ， 通 电加热约 1 0～l 5 m i n ， 温度达到 1 2 0 。 c 。此 时表层生胶 已经变软 ， 再 旋动手轮压紧一次， 连续加热升温到 1 7 0 。 C～1 9 0 。 c ， 维持此温度约 1 O一 2 5 m i n ， 然后停电逐步冷却至 1 2 0 。 C后进行外形修整， 使接头处平滑。热补后的 电缆应放入水 内浸泡 2 h ， 摇表测得 的绝缘 电阻应 ≥1 O MQ， 然后作耐压试验， 通 1 ． 3 倍的额定电流持 续 3 0 ra i n 而不发热才合格； ②冷补法。热补法虽然 能保证修补的质量， 但必须在井上进行。冷补法是 用冷补胶涂抹粘结的修补法， 先把电缆橡套损坏处 用锉刀打毛， 将制成 的电缆冷补胶敷于电缆损坏表 面上 ， 用蜡纸按压成较原来形状稍微鼓起 ， 然后用塑 料带包扎牢固 ， 冷补好的 电缆需经 4 8 h才能移 动。 冷补法可以在井下使用， 能及时处理电缆故障、 防止 事故扩大。 电缆在通 电运行中， 其持续允许负荷 电流主要 受 电缆绝缘耐 热强度 的限制 。为 了保证 安全供 电 和延长电缆的使用寿命 ， 除定期进行绝缘检测外 ， 还 应经常检测其工 作温度 、 实 际 负荷 电流 和过载能 力， 使它们限制在允许的范围内。 铠装电缆的钢带或钢丝如有断裂应及时绑扎。 高压电缆在巷道中跨越电机车架线时， 电缆的跨越 部分应加胶皮被覆， 防止架线火花灼伤电缆麻皮和 铠装。电缆线路穿过淋水 区时， 最好不设接线盒； 如有接线盒时， 应严密遮盖， 并由专人经常检查。 为 了减少杂散电流对铠装电缆的腐蚀， 应定期测量电 缆铅包中的杂散电流密度， 凡超过规定值时必须立 即加 以解决。新安装 的电缆投入运行时 ， 应全面测 定负荷电流及 电压损失 ， 并检查 电缆接头有无发 热 现象 ， 发现问题及时处理。 3 电缆故障点的寻找方法 运行 中的 电缆或新安装的电缆一旦出现故障 ， 首先应查明是过负荷跳闸还是故 障跳 闸， 敷设 电缆 巷道中的沼气浓度 ≤1 ％时可以进 行一次试送 电来 判断跳闸停 电的原 因。如果属于 电缆事故跳闸， 先 用摇表测定电缆芯线 之间和对地 的绝缘 电阻 ， 属 电 缆绝缘故障 ， 可通过检测绝缘电阻和做泄漏试验时 发现， 或从检漏继电器指针数值判断； 接地事故， 可 通过检漏继电器跳闸发现 ； 如果属于短路故障， 常常 是因接地短路或短路后接地 ， 也有少数只短路 不接 地 的。 ’ 用万用表寻找橡套电缆故障点时， 首先将电缆 两端的芯线全部开路 ， 如果电缆故障是相间短路 ， 将 发生短路 的两根芯线 端头与万用表相连接； 如果是 接地故障， 就将发生接地的芯线和接地芯线接到万 用表上。万用表 的选择 开打到欧姆档 ， 然后对 电缆 逐段进行弯曲或翻动， 当弯曲到某一点万用表指针 有较大的摆动时， 这就是故障点。也可用木棒敲打 电缆护套 ， 当某处万用表针有较大的摆动时 ， 也可找 出故障点。但这种方法仅适用于寻找一芯或多芯低 阻 几十千欧以下 接地或短路故障。 8 6 煤矿机 电 2 0 0 9 年第4 期 用电测法探测故障点时， 通常采用以下三种方 法 1 电桥法。即使用 1只普通 电桥和一组 约 1 0 0 V的干电池， 探测电缆的接地故障点。探测时， 首先将故障芯线与 1 根长度相等且完好的芯线在一 端短接 ， 另一端按图 1接成电桥回路。调节电阻 R 及 ， 使毫安表 A中流过 2 5 5 0 m A的电流 ， 并使 检流计 G指零 使电桥回路处于平衡状态 ， 由于电 缆芯线的阻值很小， 连接线的电阻对测量的准确度 有显著的影响 ， 因而接线时尽量将检流计位置靠近 电缆芯线。 图 1 用 电桥测接地点 2 电容电流法 。由于电缆芯线之间的分布电 容与芯线长度成正比， 电容电流与分布电容成正 比， 故测量时沿芯线长度探测 断线点 ， 用摇表测 出断线 相。假如主芯线 B相断线 ， 如图 2 a 所示 ， 则将 3 0 4 8 V的交流电源经调整电阻 及毫安表先接 到完 好的芯线 A上， 测量 A线与 D线之 间的电容 电流 ， 。 ， 然后再接于 B线上 ， 测量 B线与 D线之间的电 容电流 ， 。 。通过计算即可确定断线故障点距测量 端的距离 ； 假如是 D线断线 ， 如 图 2 b所示 ， 因 D线 与主芯线截面不同， 这时应把电源及仪器先后接在 甲、 乙两端 ， 测 出 段的电容电流 ， A 。 和 肥段的电 容电流 ， 。之后， 通过计算， 即可得出断线故障点 距 甲、 乙端的距离。 甲端 乙端 甲端 乙端 匣 圈 b1 A B C 图 2 电容电流法探测故障点 3 音响法。上述两种方法故障点的位置是算 出来的， 可能产生较大 的误差。用音响法可 以直接 找到故障点， 如图 3 所示。在电缆的一端用音频信 号发生器 4向故障芯线内送入音频电流 。音频电流 在电缆的周围产生音频磁场。将感应线圈1 置于音 频磁场 中， 便会感应出音频电势 ， 经放大器 2放大后 送人耳机 3 。根据从耳机 中听到的声音变化 的特点 就可以找到故障点。 长度 图3 音响法探测短路故障点 1 一 感应线圈； 2 一 放大器； 3 一 耳机； 4 一 音频信号发生器 当感应线圈平行于电缆移动时， 因芯线呈螺旋 状缠绕 ， 故从耳机中听到 的音响信号强度与电缆芯 线的捻距一致呈周期性变化。但是在故障点音响声 便骤然降低， 并且以后不再呈周期性变化。由此可 准确地找到故 障点 ， 长度误差 ≤O ． 5 m。 在探测铠装电缆一相接铅皮的故障时， 可将音 响信号发生器一端接故障芯线， 另一端接铅皮， 这时 若沿电缆移动感应线 圈， 则可在耳机中听到音响变 化。在故障点之前 ， 音响仍与捻距一致 ， 呈周期性变 化， 越接近故障点， 音响越弱， 在过故障点时音响会 突然降低 ， 利用音响法探测电缆断线故障的方法 ， 见 图 4所示 。 一长度 图 4 音响法探测铠装电缆 一相接铅 皮故 障点 1 一 感应线圈； 2 一 放大器； 3 一 耳机； 4一 音频信号发生器 参考文献 [ 1 ] 顾永辉， 吴文光． 煤矿电工手册[ M] ．北京 煤炭工业出版社 ， 1 98 0． [ 2 ] 刘宝贵．发电厂变电所电气设备 [ M] ． 北京 中国电力 出版 社 ． 2 0 o 5 ． 作者简介 马桂荣 1 9 6 1 一 ， 女， 讲师。1 9 9 2年毕业于中国矿业大 学， 现从事机 电专业的教 学与电气控制方面的研 究工作。 收稿日期 2 0 0 9 0 3 0 5 ； 责任编辑 陈锡强