浅谈火电厂电力电缆外护层绝缘损坏的故障定位

秦永生　敖龙强

（内蒙古华电乌达热电有限公司，内蒙古 乌海 016000）

【摘　要】火电厂电力电缆的故障是线芯间绝缘的损坏或线芯与金属屏蔽层之间的绝缘损坏。电缆的损坏形式分低阻短路、高阻短路和部分损坏(局部放电)，由于绝缘的损坏形式不同，故障点的定位方法也有所不同。电力电缆应用环境较为复杂，运行工况多样，运行时间长，有可能因为绝缘老化变质，或直接受外力作用而造成破坏。采取高阻故障定位方法对火电厂电力电缆的故障进行定位。

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关键词 高压；电力电缆；外护层；火电厂

火电厂的控制系统应由两部分组成：一部分为就地计算机控制系统；另一部分为主控室计算机控制系统。主控制室计算机应备有不间断电源，主控室与风电机组现场应有可靠的通信设备。火电厂必须备有可靠的事故照明。处在雷区的火电厂应有特殊的防雷保护措施。火电厂与电网调度之间应保证有可靠的通信联系。火电厂内的架空配电线路、电力电缆、变压器及其附属设备、升压变电站及防雷接地装置等的要求应按相应的标准执行。

1　火电厂发电机组安全防护系统设计原则

为了使火电厂发电机组能够可靠地运行。应在风电机组控制系统的保护功能设计上加以重视。在设计控制系统时；往往只注重系统的最优化设计和提高可利用率，而忽略安全保护系统的设计。因此，控制系统必须具备完善的安全保护功能，这是风电机组安全运行的必要条件。

（1）由于火力发电机组的内部或外部发生故障，或监控的参数超过极限值而出现危险情况，或控制系统失效，火电厂发电机组不能保持在它的正常运行范围内，则应启动安全保护系统，使火电厂发电机组维持在安全状态。

（2）安全保护系统的设计应以失效安全为原则。当控制失败或安全保护系统内部发生任何部件单一失效或动力源故障出现危险情况，以致引起机组不能正常运行时，安全保护系统应能对火电厂发电机组实施保护。

（3）安全保护系统的动作应独立于控制系统。即使控制系统发生故障也不会影响安全保护系统的正常工作。保护环节应为多级安全链互锁，在控制过程中具有逻辑“与”的功能，而在达到控制目标方面可实现逻辑“或”的结果。

（4）应调定安全保护系统的触发电平，使其不超过作为设计基础的极限值，以免火电厂发电机组发生危险，同时也应使控制系统不会受到安全保护系统不必要的干扰。

（5）安全保护系统应能优先使用至少两套制动系统以及发电机的断网设备。一旦偏离正常运行值，安全保护系统即被触发并立即执行其任务，使火电厂发电机组保持在安全状态。通常在它的处理下，利用所有的制动系统使风轮减速。与电网脱离不必在安全保护系统的触发瞬间立即执行。在任何情况下应避免火电厂发电机组加速和发电机作为电动机运行。

（6）安全保护系统的软件设计中应采取适当措施防止由于用户和其他人的误操作引起火电厂发电机组误动作。在机组的任何状态下，非法的键盘及按键输入应不被确认。

2　高压电力电缆线路故障发生的原因及其特征

2.1　机械损伤

机械损伤类故障比较常见，所占的故障率最大(约为57％)，其故障形式比较容易识别，大多造成停电事故。一般造成机械损伤的原因有以下几种：

1）直接受外力损坏。如进行城市建设，交通运输，地下管线工程施工、打桩、起重、转运等误伤电缆。

2）施工损伤。如机械牵引力过大而拉损电缆；电缆弯曲过度而损伤绝缘层或屏蔽层；在允许施工温度以下的野蛮施工致使绝缘层和保护层损伤；电缆剥切尺寸过大、刀痕过深等损伤。

3）自然损伤。如中间头或终端头的绝缘胶膨胀而胀裂外壳或附近电缆护套；因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮擦破；因土地沉降、滑坡等引起的过大拉力而拉断中间接头或电缆本体≠因温度太低而冻裂电缆或附件；大型设备或车辆的频繁振动而损坏电缆等。

2.2　绝缘受潮

绝缘受潮是电缆故障的又一主要因素，所占的故障率约为13％，绝缘受潮一般可在绝缘电阻和直流耐压试验中发现，表现为绝缘电阻降低，泄漏电流增大。一般造成绝缘受潮的原因有以下几种：（1）电缆中间头或终端头密封工艺不良或密封失效。（2）电缆制造不良，电缆外护层有孔或裂纹。（3）电缆护套被异物刺穿或被腐蚀穿孔。

2.3　绝缘老化

电缆绝缘长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，从而导致其绝缘强度降低或介质损耗增大而最终引起绝缘崩溃者为绝缘老化，绝缘老化故障率约为19％。运行时间特别久(30～40年以上)的则称为正常老化。如在较短年份内发生类似情况者，则认为是绝缘过早老化。

3　高压电力电缆外护层高阻故障定位

由于电缆完好段直流电阻稳定，无论是两相线芯之间还是线芯与金属屏蔽层之间绝缘击穿短路，短路故障点都把电缆分成两段，只需要测试两端之间的电阻比值，就知道了两段之间的相对长度比，通过电缆总长度计算即可确定故障点的位置。

3.1　确定故障性质

当着手对某一故障电缆进行故障测试时，首先要进行的工作是了解故障电缆的有关情况以确定故障性质。

3.2　粗测距离

当确定了故障电缆的故障性质以后，就可以根据故障性质，选择适当的测试方法测出故障点到测试端或末端的距离，这项工作称为粗测距离。人们在长期的生产实践中探讨和总结出多种故障距离的粗测方法，即经典法(如电桥法及其变形等)和现代法(脉冲反射法)。

随着电力电缆生产质量的提高和新型绝缘材料的采用，使电缆的故障电阻不断提高(达到兆欧级)。据统计，凡预防性试验击穿的故障电阻，不少于90％在兆欧数量级以上；运行故障的75％是高阻故障，其中60％以上的故障电阻达到兆欧级。由此看来电缆故障的绝大部分为高阻故障，那些只能测试低阻故障的经典测试方法显然适用性太差。当遇到高阻故障时，必须经过一个耗时。费力的“烧穿”降阻过程，以求把高阻故障转化为低阻故障，这个漫长的过程需要的设备笨重而繁杂，而新型绝缘材料电缆的故障电阻极难“烧穿”与降阻。现代的脉冲反射测试法可以做到无需经过“烧穿”降阻而直接进行高阻故障的测距。这一发明无疑是电缆故障诊断技术的重大进步。

3.3　探测路径或鉴别电缆

故障电缆经过粗测以后便得出一个故障距离Lx，这个故障距离是由测试端(即首端或称始端)到故障点的距离。从理论上讲，以测试端为圆心，以故障距离Lx为半径划一个圆，圆周上的所有点都满足故障点到测试端的距离为Lx的条件，显然故障点只能是圆周上的某一点，而这一点又必须在电缆上，这是可以借助的另外一个条件。当把电缆路径用线段画出以后，这条线段必将与R=Lx的圆相交于一点，这一点才是欲寻找的故障点。对于直接埋设在地下的电缆，需要找出电缆线路的实际走向(可以测出埋设深度)，即为探测路径。对于在电缆沟、隧道等处的明敷电缆，则需要从许多电缆中挑选出故障电缆，即鉴别电缆。

4　结论

火电厂发电机组离开电网的支持是无法工作的，一旦有突发故障而停电时，控制器计算机由于失电会立即终止运行，并失去对风电机组的控制。此时，安全保护系统应控制空气动力和机械制动系统动作，执行紧急停机。紧急停机就意味着在极短的时间内，风机的制动系统将使风轮转速由运行转速变为零。本文通过对高压电力电缆外护层高阻故障定位进行分析，能够有效地控制风电机组的安全运行。

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参考文献

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［责任编辑：刘展］