電氣技師論文

電力電纜故障分析與探測方法

完成人：

實業(yè)總公司動力供應(yīng)部

二○一○年六月

電力電纜故障分析與探測方法

電力電纜故障分析與探測方法

摘要：電力電纜（以下簡稱電纜）多埋于地下，一旦發(fā)生故障，尋找起來十分困難，往往

要花費數(shù)小時，甚至幾天的時間，不僅浪費了大量的人力、物力，而且會造成難以估量的停電損失。如何準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟地查尋電纜故障便成了測試人員不斷探索的目標(biāo)。

主題詞：電纜故障絕緣診斷、測距、定點方法

電纜故障點的及時、快速查找是保證電力供應(yīng)暢通、保證供電可靠性的必需手段,但由于受到電纜線路的隱蔽性、電纜運行資料不完善以及測試設(shè)備和探測水平的局限性,使電纜故障的查找非常困難。下面,根據(jù)多年的工作經(jīng)驗和參考有關(guān)資料,總結(jié)出電纜的常見故障與分析以及探測方法的選擇與應(yīng)用。

1.電纜故障的原因

1.1機械損傷

機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。有些機械損傷很輕微，當(dāng)時并沒有造成故障，但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成故障。造成電纜機械損傷的主要原因有：

1.1.1安裝時損傷:在安裝時不小心碰傷電纜，機械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜。

1.1.2直接受外力損壞

1.1.3因自然現(xiàn)象造成的損傷：如土地沉降引起過大拉力，拉壞中間接頭或?qū)�體。1.2絕緣受潮

1.2.1因接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)密封不良而導(dǎo)致進(jìn)水。1.2.2電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫。1.2.3金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔。1.3絕緣老化變質(zhì)

電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時，氣隙中產(chǎn)生硝酸等化學(xué)物，腐蝕絕緣層，造成絕緣下降。

過熱會引起絕緣層老化變質(zhì)。電纜內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱，使絕緣層碳化。1.4過電壓

大氣與內(nèi)部過電壓作用，使電纜絕緣層擊穿，形成故障。1.5材料缺陷及設(shè)計和制作工藝不良

2.電纜故障性質(zhì)與分類

電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障指電纜一個或多個導(dǎo)體斷開，通常在電纜至少一個導(dǎo)體斷路之前，串聯(lián)故障是不容易發(fā)現(xiàn)的。并聯(lián)故障是導(dǎo)體對外皮或?qū)�體之間的絕緣下降，不能承受正常運行電壓。實際的故障形式組合是很多的，圖1-1給出了可能性較大的幾種故障形式。例如：圖1-1c）所示，導(dǎo)體斷路往往是電纜故障電流過大而燒斷的，這種故障一般伴有并聯(lián)接地或相間絕緣下降的情況。實際發(fā)生的故障絕大部分是單相對地絕緣下降故障。

電力電纜故障分析與探測方法

電力電纜故障分析與探測方法

電纜故障點可用圖1-2所示電路來等效。Rf代表絕緣電阻，G是擊穿電壓為Vg的擊穿間隙，

Cf代表局部分布電容，上述三個數(shù)值隨不同的故障情況變化很大，并且互相之間并沒有必然聯(lián)

系。

間隙擊穿電壓Vg的大小取決于放電通道的距離，電阻Rf的大小取決于電纜介質(zhì)的碳化程度，而電容Cf的大小取決于故障點受潮的程度，數(shù)值很小，一般可以忽略。

根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障，見表1-1。

表1-1電纜故障性質(zhì)的分類故障性質(zhì)開路低阻高阻閃絡(luò)Rf∞小于10Z0大于10Z0∞間隙的擊穿情況在直流或高壓脈沖作用下?lián)舸㏑f不是太低時，可用高壓脈沖擊穿高壓脈沖擊穿直流或高壓脈沖擊穿注：表中Z0為電纜的波阻抗值，電力電纜波阻抗一般在10～40之間。

以上分類的目的也是為了選擇測試方法的方便，根據(jù)目前流行的故障測距技術(shù)，開路與低阻故障可用低壓脈沖反射法，高阻故障要用沖擊閃絡(luò)法，而閃絡(luò)性故障可用直流閃絡(luò)法測試。

據(jù)統(tǒng)計，高阻及閃絡(luò)性故障約占整個電纜故障總數(shù)的90%�，F(xiàn)場上是通過試驗方法區(qū)分高阻與閃絡(luò)性故障的。

圖1-3給出了電纜耐壓試驗等效電路，其中RS為試驗設(shè)備內(nèi)阻，E為設(shè)備所能提供的直流電壓值，電阻Rf與臨屆擊穿電壓為Vg的間隙并聯(lián)代表故障點。

由圖1-3可知，在對電纜進(jìn)行高壓絕緣試驗時，電纜故障點所能獲得的電壓為：V=ERf/RS+Rf

電力電纜故障分析與探測方法

對閃絡(luò)性故障來說Rf較大，故障間隙兩端電壓可以增加至很高，當(dāng)試驗電壓升至某一值時，故障點擊穿放電，電流突然升高，電壓突然下降。預(yù)防性試驗中發(fā)生的故障多屬閃絡(luò)性故障。高阻故障的故障點電阻Rf較�。ǖ�不大于10Z0），導(dǎo)致故障點兩端所加電壓不能升至高于故障點擊穿電壓，也就不能使故障點擊穿。因此，可以從在對電纜進(jìn)行高壓絕緣試驗時有無故障點擊穿現(xiàn)象判斷電纜存在高阻還是閃絡(luò)性故障。

3.電纜故障探測的步驟

電纜故障的探測一般要經(jīng)過診斷、測距、定點三個步驟。3.1電纜故障性質(zhì)診斷

即確定故障的性質(zhì)，是斷路還是短路；是高阻還是低阻等等。知道了性質(zhì)后測試人員才可選擇合適的電纜故障測距與定點方法。3.2電纜故障測距

電纜故障測距，是在電纜的一端使用儀器確定故障距離，常用地方法有電橋法和行波法。3.3電纜故障定點

電纜故障定點，是按照故障測距結(jié)果，沿著電纜路徑走向，找出故障點的大體方位來。在一個很小的范圍內(nèi)，運用一些定點方法來確定故障點的準(zhǔn)確位置。

一般來說，成功的電纜故障探測都要經(jīng)過以上三個步驟，否則欲速則不達(dá)。

4.電纜故障性質(zhì)診斷

所謂診斷電纜故障的性質(zhì)，就是指確定：故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是封閉故障；是接地、短路、斷路，還是它們的混合；是單相、兩相，還是三相故障。

可以根據(jù)故障發(fā)生時出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判斷故障的性質(zhì)。例如，運行中的電纜發(fā)生故障時，若只是給了接地信號，則有可能是單相接地的故障。繼電保護(hù)過流繼電器動作，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，則此時可能發(fā)生了電纜短路故障。但通過上述現(xiàn)象不能完全將電纜故障的性質(zhì)確定下來，還必須測量絕緣電阻和進(jìn)行通路試驗。

測量絕緣電阻是判斷電纜的絕緣狀況、接地情況。測量時根據(jù)電纜的電壓等級，選用合適的兆歐表來測量電纜線芯之間和線芯對地的絕緣電阻。

進(jìn)行通路試驗時，將電纜末端三相短接，用萬用表在電纜的首端測量芯線之間的電阻。以此來判斷電纜線芯完整性和阻性。

5.電纜故障探測方法

電纜故障探測方法有很多，這些方法適用于不同的情況，各有優(yōu)缺點。5.1測距方法5.1.1電橋法

這是一種經(jīng)典的測試方法。將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，通過仔細(xì)調(diào)節(jié)使電橋達(dá)到平衡，通過計算得到故障點到試驗端的距離。

電橋法的優(yōu)點是簡單、方便、精確度高，但它的缺點是當(dāng)故障點電阻較高時，便很難測量出故障距離，需用高壓設(shè)備將故障點燒穿，使故障點電阻降到電橋可以測量為止。而故障點燒穿需很長時間，十分不便。

5.1.2低壓脈沖反射法

低壓脈沖反射法的原理，是通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差來進(jìn)行測距的。

電力電纜故障分析與探測方法

低壓脈沖反射法的優(yōu)點是簡單、直觀。通過觀察脈沖波形可以較直觀的識別電纜故障點、中間接頭和分支點。但它的缺點是也不適合測量高阻和閃絡(luò)故障。

5.1.3脈沖電壓法

脈沖電壓法是在電纜上加一高壓脈沖，故障點在高壓脈沖作用下?lián)舸�，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間進(jìn)行測距。

脈沖電壓法的優(yōu)點是不必將高阻與閃絡(luò)故障燒穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快。但它的缺點是故障放電時，特別是進(jìn)行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以識別。

5.1.4脈沖電流法

脈沖電流法與脈沖電壓法的區(qū)別在于：前者通過一線形電流耦合器測量電纜故障擊穿時產(chǎn)生的電流脈沖信號，成功地實現(xiàn)了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯(lián)電阻與電感，且脈沖電流波形比較容易分辨。

5.1.5對測距方法與儀器選擇的建議

低阻與斷路故障采用低壓脈沖反射法和電橋法，測量高阻與閃絡(luò)性故障采用脈沖電流法。5.2故障定點

電纜故障的精確定點是故障探測的關(guān)鍵。較常采用的方法是聲磁同步法及主要用于低阻故障定點的音頻感應(yīng)法。

6.結(jié)束語

電纜故障探測有其固有的特點，實際工作中，由于電纜故障點環(huán)境復(fù)雜，如振動噪聲過大、電纜埋設(shè)過深、地下隱蔽金屬物過多等等，造成定點困難。這時就要通過測試人員豐富的經(jīng)驗來加以判斷，曾有人形象地說探測電纜故障點“七分靠儀器，三分靠人”，說明單純的靠購買先進(jìn)儀器是不能解決問題的。測試人員要注重學(xué)習(xí)不斷的積累經(jīng)驗，和其他同行經(jīng)常交流經(jīng)驗，加強電纜故障探測技術(shù)的研討，以促進(jìn)技術(shù)的不斷提高。

參考文獻(xiàn)

⑴電力電纜故障探測技術(shù)分析與應(yīng)用“中國知網(wǎng)”⑵低壓電纜故障的特征及解決之道--電工之家

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技師職業(yè)資格鑒定論文論文題目：PLC、變頻器在循環(huán)風(fēng)機上的應(yīng)用姓名：張永猛所在縣市：濟寧市任城區(qū)所在單位：薩維奧（山東）紡織機械有限公司PLC、變頻器在循環(huán)風(fēng)機上的應(yīng)用

張永猛

薩維奧（山東）紡織機械有限公司

摘要：目前，有不少企業(yè)依舊使用變極的方法對風(fēng)機進(jìn)行調(diào)速，其不

但調(diào)節(jié)靈活性差，而且耗電量也大。本文是在傳統(tǒng)風(fēng)機調(diào)速基礎(chǔ)上，使用變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻器的多段速功能對風(fēng)機進(jìn)行速度控制。從而減少能量的損耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。一、系統(tǒng)情況描述

我廠絡(luò)筒車間有兩臺鼓風(fēng)機其功率都為13.5Kw，用來作為車間的排氣通風(fēng)、降溫除濕。利用變頻器的多段速功能對風(fēng)機進(jìn)行調(diào)速代替變極的方法對風(fēng)機進(jìn)行調(diào)速，其調(diào)節(jié)靈活性高，減少了能量的損耗。但由于不同季節(jié)對車間溫度、濕度的要求不同，因此生產(chǎn)車間對風(fēng)量的需求則不同。根據(jù)車間溫度的具體情況，決定投入鼓風(fēng)機的運行速度，達(dá)到自動保持溫度、濕度恒定的要求。這樣，既降低了勞動強度和生產(chǎn)成本，又實現(xiàn)了節(jié)能增效。

二、具體方案的實施

針對這種情況，用PLC通過溫度傳感器接受車間的溫度高低并對車間溫度、濕度的要求進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷，相應(yīng)的輸出點動作來控制變頻器的多段速端子，實現(xiàn)多段速控制。從而不用人為的干預(yù)，自動根據(jù)投入鼓風(fēng)機的臺數(shù)進(jìn)行風(fēng)量控制。根據(jù)投入運行的鼓風(fēng)機臺數(shù)實施五個速段的速度控制。速度設(shè)定方案，如表1所示。

表1運行鼓風(fēng)機臺數(shù)和需求頻率對應(yīng)表鼓風(fēng)機運行速段1（車間溫度不超過20℃）2（車間溫度超過20℃但不超過25℃）3（車間溫度超過25℃但不超過30℃）4（車間溫度超過30℃但不超過35℃）5（車間溫度超過35℃但不超過40℃）對應(yīng)變頻器輸出頻率30HZ35HZ40HZ45HZ50HZ第1頁共7頁

備注具體所需頻率據(jù)現(xiàn)場情況而定三、硬件設(shè)計1、PLC選型

本系統(tǒng)是一個中型應(yīng)用控制系統(tǒng)。PLC為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號有兩部分，一部分是啟動、停止控制按鈕，另一部分是溫度傳感器信號作為PLC的輸入變量，經(jīng)過PLC的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，然后在PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口，從而驅(qū)動電機來控制電機的運行。

自從PLC技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用以來，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日趨完善。當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的PLC既有從美國日本德國等國家進(jìn)口的，也有國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的，已達(dá)上百種型號。因此合理選擇PLC就非常的有意義。我們從以下四個方面來選擇：

1）PLC機型選擇。機型選擇的基本原則是在能夠滿足控制要求及保證運行可靠維修方便的前提下，力爭最佳的性價比。①在結(jié)構(gòu)形式上選擇整體式。②在安裝方式上選擇集中式。③在功能要求上選擇只有開關(guān)量控制，具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能的小型PLC。④機型統(tǒng)一。對于一個企業(yè)應(yīng)盡可能使用機型統(tǒng)一的PLC，有利于備件的采購。

2）PLC容量選擇。容量選擇包括I/O點數(shù)和用戶程序存儲容量的選擇。①I/O點數(shù)的選擇。由于PLC平均I/O點的價格還比較高，一般情況下I/O點是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際個數(shù)，再加上10%15%的備用量來確定。②用戶存儲容量的選擇應(yīng)按實際需要留20%--30%的余量來選擇。

3）I/O模塊的選擇。PLC輸入模塊的作用是用來檢測、接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的信號，并將輸入的信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接收的低電平信號。①輸入信號的類型選擇。常用的輸入信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入，根據(jù)需要我們選擇直流輸入②輸入信號電壓等級的選擇。有5V、12V、24V、48V、60V等可供選擇，根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮我們選擇24V電壓。

綜合以上幾個方面考慮，決定選用三菱FX2N-14MR型號的PLC.2、變頻器選型

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻的電能控制裝置�，F(xiàn)在使用的變頻器主要使用的是交-直-交方式（VVVF

第2頁共7頁變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換為直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器在選型上應(yīng)注意以下幾點：

1)采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。

2）變頻器的負(fù)載類型：如葉片泵或容積泵等。特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。

3）變頻器與負(fù)載的匹配問題：①電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。②電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與負(fù)載的額定電流相符。③轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在橫轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生。

綜合以上三個方面考慮再加上價格因素決定選用富士FRENIC5000P11S系列低噪音風(fēng)機泵用變頻器3、硬件接線圖

根據(jù)控制要求，繪制PLC與變頻器控制端子硬件接線圖，如圖1所示。

SB1SB2LNCOMX0X1X2X3X4X5X6三菱FX2N-14MR+24VCOMCOM1Y1Y2Y3COM2Y4L1L2L3RSTSDFWDRHRMRL富士變頻器FRENIC5000P11SUVW

圖1接線圖

第3頁共7頁4、變頻器的參數(shù)設(shè)置

這個系列的變頻器進(jìn)行多段速控制的端子為RH，RM和RL。通過這三個端子的組合最多可以實現(xiàn)七段速度運行。進(jìn)行五段速度控制時的端子組合如表2所示。

速度段接通的控制端子設(shè)定值/HZ表2多段速端子與速度段組合表1速2速3速4速RHRMRLRM、RL303540455速RH、RL50四、軟件設(shè)計

風(fēng)機的運行方式是通過裝設(shè)在生產(chǎn)車間的溫度傳感器的信號來確定的，根據(jù)溫度傳感器檢測出的車間溫度的高低，來合理調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)量。具體系統(tǒng)控制要求如下：

1）、流程圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求畫出程序流程圖，如圖2所示。

圖2系統(tǒng)流程圖

2）、梯形圖

根據(jù)系統(tǒng)控制要求設(shè)計PLC程序梯形圖，如圖3所示。

第4頁共7頁第5頁共7頁

圖3PLC梯形圖

五、節(jié)能效果分析1、理論節(jié)能分析

風(fēng)機的機械特性具有二次方律特征，其流量，風(fēng)壓與消耗功率與轉(zhuǎn)速ｎ的關(guān)系，如圖4所示。

圖4風(fēng)機流量、壓力、消耗功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線圖

由圖4可知風(fēng)機消耗功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比。根據(jù)車間的溫度情況，通常保持在30℃～35℃，亦即改造后變頻器時常運轉(zhuǎn)在40HZ。根據(jù)同步轉(zhuǎn)速公式n=60f/p和風(fēng)機消耗功率與其轉(zhuǎn)速三次方成正比可知，理論上改造前后功耗比為：

第6頁共7頁P1／P2＝51.2％

即改造后能耗只為改造前的51.2%，由此可見節(jié)能效果非常明顯。2、實測能耗

當(dāng)變頻器在50HZ和40HZ運行時在變頻器輸出側(cè)實測數(shù)據(jù)：40HZ時電流為12.2A，電壓250V;50HZ時電流為15.8A，電壓為370V。則：

P1＝1.732*250*12.2=5.28kwP2=1.732*370*15.8A=10.13kwP1/P2=52.1%

由于此系統(tǒng)中電機總功率比較小，因此變頻器的能耗占的比重較大，盡管實測值與理論值有一定的差距，但改造后每個小時能耗仍可節(jié)約4.85個千瓦。3、節(jié)能效果計算

改造前每年消耗的電能（按每天工作20小時，每年工作250天計）W1=10.13*20*250=50650Kwh改造后每年消耗的電能W2=5.28*20*250Kwh=26400Kwh則每年節(jié)約電能為W=W1－W2=24250Kwh

如果以每度電0.5元計，則每年節(jié)約電費12125元�？梢姽�(jié)能效果和經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。六、結(jié)束語

風(fēng)機的變頻節(jié)能效果非常可觀，并且在節(jié)能的同時減輕了設(shè)備的機械負(fù)荷，延長了設(shè)備的使用壽命。也符合國家提倡的建設(shè)節(jié)能型社會的需求。因此這個實例很值得在通風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)中大力推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

（1）丁斗章.變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，201*（2）唐修波.變頻技術(shù)及應(yīng)用.中國勞動社會保障出版社，201*

（3）高勤.可編程序控制器原理及應(yīng)用(三菱機型).電子工業(yè)出版社，201*

第7頁共7頁

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