一種電纜盒內(nèi)放電故障的檢測方法

吳春喜，盧恩貴

(1.開灤(集團)有限責(zé)任公司呂家坨分公司，河北 唐山 063106；2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000)

一種電纜盒內(nèi)放電故障的檢測方法

吳春喜1，盧恩貴2

(1.開灤(集團)有限責(zé)任公司呂家坨分公司，河北 唐山 063106；2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000)

本文從分析電纜接線盒的結(jié)構(gòu)和制作工藝出發(fā)，在剖析電纜頭擊穿放電的機理和發(fā)熱原因基礎(chǔ)上，提出了一種根據(jù)對電纜接線盒表面溫度的變化判斷其內(nèi)部放電故障的實用方法，為保障電纜線路的可靠運行提供了一種思路。

電纜盒內(nèi)部；溫度檢測；故障判斷

A Method of Detecting Discharge Faults inside the Cable Box

1.前言

電纜是電能傳輸?shù)闹匾緩?，特別是對礦山企業(yè)，電纜線路的運行可靠性直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟效益和供電安全，因此電纜故障部位的檢測與查找已成為歷史課題。在電纜線路的運行中，電纜頭(包括終端頭和中間頭)是最薄弱環(huán)節(jié)，大部分電纜線路故障都發(fā)生在這些部位。雖然目前關(guān)于電纜故障的手段和儀器層出不窮，但對于一條電纜有多個中間接頭且存在不同程度放電的情況都無能為力。因此，進一步分析電纜頭放電的原因和機理，通過故障后的外觀表象，尋求一種最直觀、簡捷的故障查找方法，更具有實用和現(xiàn)實意義。

2.電纜中間頭的一般制作工藝

電力電纜頭分為終端頭和中間接頭，按安裝場所分有戶內(nèi)式和戶外式；按電纜頭制作安裝材料分有干包式、環(huán)氧樹脂澆注式、熱縮式和冷縮式等幾種，目前煤礦井下大部分采用冷縮式。下面以6～10kV冷縮式電纜中間接頭為例說明其結(jié)構(gòu)與制作工藝。

在6～10kV冷縮式電纜中間接頭的制作中，首先是對電纜的外護層、鎧裝層、內(nèi)護層、屏蔽層、半導(dǎo)電層、絕緣層、線芯等按規(guī)定尺寸和規(guī)程要求進行剝削、打磨和清洗，然后壓接并修平線芯連接管，再冷縮線芯主絕緣、用恒力彈簧固定屏蔽銅絲網(wǎng)和銅絲帶、用透明膠帶和防水膠帶進行層壓包繞，鎧裝層打磨后再用恒力彈簧固定鎧裝接續(xù)銅絲帶和再用透明膠帶及防水膠帶進行層壓包繞，最后纏包裝甲帶，完成冷縮式電纜中間接頭的制作。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.電纜盒擊穿放電的機理分析

(1) 電纜內(nèi)部的電場強度

圖1 冷縮式電纜中間接頭的結(jié)構(gòu)

圖2 電纜的電場分布

電纜故障可概括為接地、短路、斷線三類。導(dǎo)致電纜故障的因素一般有外力損傷、絕緣受潮、化學(xué)腐蝕、長期過負荷運行、電纜接頭故障、環(huán)境和溫度、電纜本體的正常老化或自然災(zāi)害等原因。為保證電力電纜在使用時免遭機械損傷，制作時除在纜芯上包有可靠的絕緣層以外，還要設(shè)置相應(yīng)的鎧裝層、外護套、內(nèi)護套等，為避免因內(nèi)部電場強度不均勻而造成電纜的局部擊穿，還常在主絕緣層的外部設(shè)置有銅屏蔽層和半導(dǎo)電層，甚至有的電纜在纜芯導(dǎo)體與主絕緣之間也設(shè)置半導(dǎo)電層。因此，電力電纜在正常運行時，其導(dǎo)體與銅屏蔽層及半導(dǎo)電層之間的電場無論是在長度上還是在圓周上都基本是勻強電場，如圖2所示。電纜的絕緣在沒有雜質(zhì)、氣泡、破損點等影響擊穿強度的非正常因素條件下都能承受這一勻強電場的作用，不會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。 (2)電纜頭的破壞因素一般情況下，按規(guī)程要求做好的電纜終端頭和中間頭也都能承受規(guī)定的耐壓試驗電壓沖擊，也就是說它在正常的工作電壓作用下是不會被擊穿放電的。而在運行中電纜頭卻體現(xiàn)出很高的故障率。以往電力系統(tǒng)故障發(fā)生的概率表明，電纜附件發(fā)生的故障占到電纜運行故障的一半以上。其原因主要是電纜頭的質(zhì)量問題、環(huán)境問題、絕緣的自然老化等。質(zhì)量問題表現(xiàn)在應(yīng)力管(應(yīng)力錐)的位置或打磨不規(guī)范，有電場強度集中部位，屏蔽斷口不整齊導(dǎo)致電場分布不均勻、屏蔽不符合安裝尺寸、清洗不到位和密封不嚴(yán)等幾個方面；環(huán)境因素包括濕度和空氣中的雜質(zhì)等；絕緣的自然老化主要取決于電纜線路是否長時間過負荷運行，即電纜的運行溫度是否超過允許值。

(3)電纜頭的擊穿過程

圖3 電纜中間頭的電場分布

在電纜頭的制作過程中，電纜的內(nèi)外護套、鎧裝層、屏蔽層、半導(dǎo)電層和導(dǎo)體的主絕緣等是必然要被剝離的，因此也就破壞了電纜內(nèi)部原來的勻強電場，特別是在半導(dǎo)電層的斷口部位和線芯連接管的突出部位，都出現(xiàn)了使曲率半徑變得很小的狀況，造成了電荷的過度集中，也就是形成了電場“尖峰區(qū)”，如圖3所示A點和B點。由于電場線總是垂直于帶電體表面的，所以對電場“尖峰區(qū)”的電場線進行方向分解總能得到與導(dǎo)體平行的電場，即在半導(dǎo)電層的斷口部位和線芯連接管的突出部位都形成了切向電場(與導(dǎo)線軸向方向平行的電場)。由于A點和B點的空間距離比較大，對按正確制作工藝制作的電纜頭，該切向電場對電纜的絕緣不會構(gòu)成威脅。但如果在電纜頭制作中對各種雜質(zhì)的清理不到位，或電纜長期工作在井下等潮濕的惡劣環(huán)境中，在較高工作溫度的作用下不可避免地使電纜頭失去原有的密封性，水分子和微粒雜質(zhì)將向電纜頭內(nèi)部滲入，特別是一些極性分子(如水分子和塵埃分子等)，若從圖3所示電纜中間頭左端滲入的途徑要經(jīng)過A點。這些極性分子在電場的作用下將進行有序排列，形成傳到電荷的“翹板”，減小A、B兩點之間的有效距離，增大A、B兩點之間的切向電場強度。當(dāng)這一電場強度增大到某一數(shù)值時便會A點附近發(fā)生閃絡(luò)，形成擊穿放電電流，絕緣材料在閃絡(luò)電弧高溫的作用下將產(chǎn)生表面碳化，進而減小電荷的爬電距離，使切向電場進一步增強，這種惡性循環(huán)的結(jié)果將導(dǎo)致電纜芯線對地絕緣電阻的嚴(yán)重下降，形成較大的泄露電流。因此A點是電纜中間頭的常見擊穿故障點。4.電纜頭擊穿故障的溫度檢測方法

(1)溫度檢測法的依據(jù)

在電纜的絕緣電阻降低以后，因閃絡(luò)放電電弧的作用和泄露電流的熱效應(yīng)會使電纜頭的溫度升高。但單一的這種溫度升高與工作電流在電纜接頭(接觸電阻和體電阻)上引起的溫度升高相比數(shù)值很小，一般不足以使電纜頭爆裂，只是加劇絕緣材料的老化和進一步降低絕緣材料的絕緣性能，使電纜頭長期處于“帶病”運行狀態(tài)，當(dāng)在較大工作電流、泄露電流和閃絡(luò)放電電弧的共同作用而使電纜的絕緣能力喪失時，便會造成電纜頭的損壞事故。

長期觀察和研究發(fā)現(xiàn)，工作電流引起的電纜頭發(fā)熱其表面的穩(wěn)定溫度與工作電流的大小有關(guān)，工作電流大則溫度高，反之則低；而閃絡(luò)放電引起的電纜頭發(fā)熱其表面的穩(wěn)定溫度與工作電流無關(guān)。根據(jù)這一原理便可方便地檢測出電纜頭內(nèi)部閃絡(luò)放電故障的存在，為電纜線路運行維護提供準(zhǔn)確的檢修目標(biāo)，從而避免電纜頭因相間短路、對地短路引發(fā)的爆裂等嚴(yán)重事故的發(fā)生。

(2) 溫度法檢測過程

1)根據(jù)電纜日常運行記錄，分析絕緣電阻的數(shù)值和變化規(guī)律，明確每條電纜的工作狀態(tài)。當(dāng)某條電纜的絕緣電阻值明顯降低時，它就是重點檢測對象。

2)檢測前，為避免工作電流對電纜頭產(chǎn)生的溫升淹沒閃絡(luò)放電引起的溫升，待檢測電纜必須斷開所有負載以使電纜的無故障部分降低到環(huán)境溫度，或先停電，當(dāng)電纜和所有電纜頭的溫度達到環(huán)境溫度時，在沒有任何負載情況下再給電纜送電，使待檢測電纜處于空載運行狀態(tài)。

3)在空載運行至電纜達到穩(wěn)定溫升所需要的時間后，用便攜式紅外測溫儀或紅外成像儀(井下需有MA標(biāo)志或本安型)對該條電纜的所有中間頭和終端頭進行溫度測量。測量時，要記錄各電纜頭沿軸向和圓周兩個方向的多點溫度，以取得沿軸向和圓周兩個方向的溫差。

4)比較該條電纜上各電纜頭的溫度和溫差，先對溫度最高和溫差最大的電纜頭進行檢修或重做，每處理完一個測量一次，直到整條電纜的絕緣電阻符合運行條件為止。

5.結(jié)語

經(jīng)過多年的實踐驗證，對井下6kV系統(tǒng)的電力電纜而言，當(dāng)電纜對地的絕緣電阻降到10MΩ兆歐時，電纜接線盒外部各點之間的溫差就可以達到0.5℃左右。在礦井下高壓供電系統(tǒng)的檢修中，利用測溫法成功地檢測出3條電纜的中間頭存在的放電故障，及時消除了井下電纜事故隱患。

[1]羅俊華,馬翠姣,邱毓昌.XLPE電力電纜局部放電在線檢測[J].高電壓技術(shù).1999,25(4):32-34

[2]孫向陽.極性分子電矩沿外場方向排列有序程度的研究[J]. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報. 2001,02:33-34

WU Chun-xi1，LU En-gui2

(1. Kailuan (Group) Co., Ltd. lvjiatuo Mining Company, Tangshan Hebei 063106;2. Hebei Energy College of Vocation and Technology, Tangshan Hebei 063000)

Starting from analyzing the structure and production process of the cable junction box, based on the analysis of the breakdown of the cable head and discharge mechanism and the causes of fever, this paper proposes a practical method to determine its inside discharge faults based on the changes in the surface temperature of the cable junction box, providing an idea for guaranteeing the reliable operation of the cable lines.

inside the cable box; temperature detection; fault diagnosis

2016-01-17

吳春喜(1960- )，男，開灤集團礦井維修電工高級技師，從事礦井高低壓供電電氣維修工作。

TM85

A

1671-3974(2016)01-0049-03