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低压控制电缆故障测试过程和测试波形分析【案例分析】


时间:2018-10-10 9:47:02 | 作者:陕西意联电气 | 标签: 电缆故障测试仪

测试时间:2018年10月 测试地点:长庆油田某基地现场电缆故障测试

  故障简介:本例故障是为客户抢修低压控制电缆现场故障,客户电缆使用现场,有大量的低压控制电缆以及较多的现场电缆故障,电缆以沙土直埋为主,埋设时间长,埋设环境复杂,电缆埋设路径资料不清。

  本次测试电缆,为低压380V电缆,5芯,单芯截面积4平方毫米,带铠装,但是铠装与大地以及电气柜没有电气连接。电缆不是单一负载,是一条电缆有三个负载,中间有分接盒子,并且分接盒子一般 隐蔽安装,拆开比较费时。最为重要的,是这些情况测试开始都不清楚,是通过测试过程中,才慢慢了解的。图1是电缆埋设示意图:


低压控制电缆现场埋设示意图


  对于任何电缆故障测试,我们的测试流程要求是一样的:首先要断开电缆和开关柜,电缆和负载的所有电气连接,如图中的负载1、负载2、负载3 接线,开关柜ABCDE接线。

  其次:测量绝缘电阻,通过用500V摇表测试,图中:A地、B地、C地、D地、E地 ,以及ABCDE相间的绝缘电阻都接近为零。需要注意的是:摇表测试的接地故障,并不能确定是低阻故障,大部分还是高阻故障。

  下来,就用闪测仪的低压脉冲法,对故障电缆进行全长测试:对于本例5芯电缆,要对ABCDE相间,两两分别进行全长测试。本例电缆有铠装,因为未接出,开始也不知道电缆有铠装,所以没有对铠装与芯线间进行全长测试。如果知道是有铠装电缆,也要对相铠(相地)进行低压脉冲法全长测试。正常情况下,测试波形、测试数据是基本一致的,如果不一致,我们就要分析,为什么测试结果不一致?找到不一致的原因,以利于快速解决问题、排除故障。

  经过测试,脉冲法全长测试波形基本上都与图2所示波形一致,电缆全长300米左右,电磁波速度按172米/ 微秒设定。

脉冲法测试全长波形 电缆全长299米

  图2所测试的波形,是比较标准的脉冲法测试全长波形。具体波形分析、波形光标确定,参考电缆故障测试仪使用说明书第八章第1节波形分析。

  对于图2测试波形,理论上没有问题,可是在测试现场,问题来了:当时我们按常规电缆理解,现场只看到电缆测试端与负载终端,就是图1中的负载1处,距离只有七、八十米, 根本没有300米,即使波速设定有误,也不会有这么大的误差。为了验证测试数据,让人在图1中负载1处,给两根电缆芯线做了短路,脉冲法测试结果为标准的短路故障测试波形,并且测试数据为80米,与现场目测结果相符。所以,图2的测试波形,在当时测试现场,开始成了一种难以解释的测试波形。直到后来电缆所有方来了一位了解现场情况的师傅过来,才知道现场电缆不是只有一处负载,后面还有两处负载,如图1中的负载2、负载3,全长299米与现场相符。

  对于大部分电缆故障,脉冲法是测试不出故障距离的。这时市正常现象。

  下来就用高压脉冲法,也就是冲闪法,进行故障距离测试。对于本例故障,放点电压很低,可以非常容易的测试出故障波形以及故障距离。测试波形如图3所示:

冲闪法测试故障波形 故障距离289米



  根据图3波形,可以非常明确的反应故障波形以及测试故障距离。图中的测试数据为289米。图3测试波形比较标准,详细的波形分析详见电缆故障测试仪使用说明书第八章第3节。

  根据图2、图3测试结论,我们可以确定,故障点在电缆终端附近,也就是图1中的负载3附近。剩下的工作,就是用定点仪认真细心的确定故障点精确位置了。

  故障定点,是需要非常细心非常有耐心的工作,现场的定点环境非常恶劣,狂风大作,但是,只要掌握了定点仪的使用方法,查找电缆路径以及故障定点同步进行,是可以比较快的确定故障点的。

  本例故障,最终在距离终端、距离负载3十多米处,听到了故障点。开始开挖半米左右,发现了一根电缆,但是没有发现故障点,客户表示怀疑测试结果,后来再次用定点仪确诊,确定故障电缆就在挖开电缆的下方,继续开挖,终于在一米五左右的深坑中,找到了故障电缆,故障电缆2根芯线几乎烧断(现场安全要求,不能带入手机等电子设备,因故缺少现场照片)。

  低压电缆故障,相比高压电缆故障,比较难以测试。一是测试数据少,波速经验少,波速造成误差大;二是电缆截面小,测试波形没有高压电缆标准,加压也有所限制;三是一条电缆,往往不是一个故障点,由于低压电缆绝缘要求低,铺设随意,电缆会有多处损伤,在电缆运行时,损伤点不能显现成故障点,一旦电缆出了故障,长时间停电,损伤点受潮,就会变成新的故障点,所以,低压直埋电缆,一条电缆多个故障点是比较常见的现象。

  本例电缆,在第一个故障点排除后,测试绝缘结果发现,前段电缆、后段电缆都分别有不同的故障点。针对不同的故障,用前面的方法,顺利的找到了两处故障点。

  图4波形是查找第二个故障点时,冲闪法试验测试波形,测试数据96米,根据测试数据。开始以为是在负载1附近,后来确定是负载1的分接盒1内部对地打火放点,才出现了图4所示测试波形,排除打火后,没有再测试到图4所示的波形。


冲闪法测试波形 第一个分接合打火




  图5是处理第二个分接点,将第二个分接处的红线黄线两线短接,在测试端用低压脉冲法测试的波形。

  图5波形,为标准的低压脉冲法测试短路故障波形,测试距离为169米,说明测试端距离第二个分接盒子距离169米。用低压脉冲法测试短路波形数据,为后面的冲闪法测试以及故障定点,提供位置参考数据。图5测试波形比较标准,详细的波形分析详见电缆故障测试仪使用说明书第八章第2节。


冲法测试短路故障波形


  排除了两个分接盒子的放电干扰,重新用冲闪法测试,测试波形与图2测试波形类似,确定的故障距离都在终端头附近,后来定点结果与粗测结果一致。要说明的是:已经发现是多处故障时,要测试一处故障,排除一处故障,再测试下一处故障,以免测试波形由于多处故障点变得非常复杂,无法识别。

  本例电缆故障,3处故障是分别在不同的芯线间出现,所以,我们测试故障时,有时遇到多线故障,要针对不同的芯线分别加压测试,综合分析测试波形。

  第一条电缆故障排除的过程中,我们对另外一条同类电缆进行了故障测试。第二条电缆铺设方式与第一条类似,也是一条电缆3个负载点,经过低压脉冲法测试, 电缆长度250米左右。这条电缆是2根芯线高阻击穿短路,其他芯线,用500V摇表测试,阻值较高。

  低压脉冲法测试波形同图2类似,这里不再分析。

  这条电缆,用高压冲闪法测试时,用其中一相加压测试时,出现了图6所示的波形,图6波形为标准的故障点不放点测试波形。出现这种波形时,球间隙放点声音非常小,操作箱电流表几乎不动。 说明加的这条芯线电阻虽然不高,但是没有出现击穿故障点。

冲闪法测试 故障点不放点测试波形


  低压电缆,用冲闪法测试时,开始加压,我们一般采用较小的球间隙,比如一毫米左右间隙,加较小的高压测试,故障电缆可以正常放点,并且放点电流较大时,再加较高电压测试以及故障定点,防止直接用高压将没有故障的电缆击穿形成新的故障点。

  图6所示的故障点不放电波形,详细波形分析,详见电缆故障测试仪使用说明书第八章第4节 。

  第二条电缆,用另一条短路芯线,进行冲闪法测试,测试波形如图7所示:

近端故障测试波形(波形压缩状态打印)


  图7所示的波形,再波形为扩展状态观看,是标准的近端故障测试波形。出现这种测试波形,要慢慢调节输入振幅电位器,尽量在小振幅状态采样,波形扩展后,有些故障距离稍微长一点的,可以读到故障 距离波形数据。

  本例故障,波形扩展后,确定的故障距离为30米左右(现场测试波形没有打印,近端故障测试距离误差相对较大,故障定点要仔细辨别),最后的定点结果与测试结果基本上一致,挖开电缆后,确定了这个故障是封闭性相间短路故障,在电缆外露的情况下,放点声音也特别小,无法用耳朵或者定点仪判断故障点以及故障电缆(同一处埋设多根类似电缆),要辅助用散沙方法确定。

  近端故障的波形分析,详见电缆故障测试仪使用说明书第八章第6节

  第二条电缆故障排除后,我们还测试了第三条同类电缆,不过这条电缆非常短,电缆长度只有10多米。对于短电缆故障测试,可以省掉低压脉冲法测试过程,直接用冲闪法进行故障定点。虽然电缆太短,冲闪法球间隙放点干扰大,但是,用我们的声磁同步定点仪,顺利的找到了一条短电缆的三处接地故障点。有测试经验的测试人员,是很容易分辨从地下传来的地震波与从空气中传来的球间隙放电声音的。

  第3条电缆测试完成后,我们对第4条稍微粗点的动力电缆进行测试。这条电缆为4芯,其中三芯截面积16平方毫米,一芯10平方毫米,带铠,故障现象是4芯接地。

  用500V摇表测试,ABCO芯线对地为零,相间绝缘电阻为零 。

  用低压脉冲法测试ABCO相间全长,6次测试结果一致,为标准的脉冲法测试全长波形,测试全长175米,与现场距离基本相符。图8为脉冲法测试电缆全长波形 :

脉冲法测试电缆全长波形


  脉冲法测试完毕后,用冲闪法测试,测试波形如图9所示。根据图9测试波形,确定的故障距离为80米(前面两个正波形间距离),因为这条电缆出现故障后,已经启用备用电缆,不急于马上排除故障,就简单的做了故障定点以及电缆路径测试工作。

冲闪法测试低压动力电缆故障测试波形


  图9的测试波形,与标准的冲闪测试波形有些区别,作为不熟悉仪器的使用者,肯定就好分析波形,但是确定故障距离80米,也有理论上依据。最后在终端头附近的地面上,听到了明显的故障点地震波声音(距离测试端大概是160米左右),现场没有开挖排除故障点。 测试的故障距离80米附近,是电缆暗沟铺设,上面是草坪完全铺盖,理论上这种暗沟铺设的电缆故障,比较难定点。要准确的测试,要等到排除明显的终端附近的故障点后,再进行测试。

  所以,电缆故障测试工作,是需要理论与实践相结合的工作,即使有再精密的仪器,再丰富的测试经验,还是会遇到疑难故障、疑难波形,以及复杂的定点环境,需要我们不断的学习,不断的总结经验,才能提高我们的测试水平和工作效率。

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