【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目名稱： 電力電纜故障診斷及定位 就讀學(xué)校： 中原工學(xué)院 專 業(yè)： 工業(yè)自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 侯志飛 指導(dǎo)老師： 萬留杰 肖俊明 中原工學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院 2021 年 4 月 中原工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 論文編號(hào)： 070113202169 電力電纜故障診斷及定位 Power cable fault diagnosis and orientation 就讀學(xué)校： 中原工學(xué)院 專 業(yè)： 工業(yè)自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 侯志飛 指導(dǎo)老師： 萬留杰 肖俊明 2021 年 4 月 中原工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 目 錄 摘要 ............................................................ 緒論 ............................................................ 第 1 章 電力電纜故障分析 ........................................ 電纜易出故障部位 ............................................ 電纜故障原因 ................................................ 電纜故障的發(fā)生機(jī)理 ......................................... 第 2 章 電力電纜故障的測(cè)試方法 .................................. 研究方法 .................................................. 測(cè)距的理論方法 ........................................ .... 第 3 章 電纜故障的定點(diǎn)方法 ...................................... 電纜路徑檢測(cè) ................................................ 故障定點(diǎn) .................................................... 其他方法 .................................................... 第 4 章 展望 ..................................................... 致謝 ............................................................ 參考文獻(xiàn) ........................................................ 中原工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 1 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活的用電量日益增加，對(duì)電力的需求 量越來越大，要求電網(wǎng)的安全運(yùn)行也越來越高。而作為連接各種電氣設(shè)備、傳輸和分配電能的電力電纜，以其安全、維護(hù)工作量少，穩(wěn)定性高，有利于提高電能的質(zhì)量并且美化城市等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。在城市市區(qū) 220kV、110kv、 10kv 電網(wǎng)建設(shè)中有逐漸取代了架空線的趨勢(shì)。在我國(guó)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，如廣州、深圳，城市 10kv 配網(wǎng)電纜化率已高達(dá) 95％以上。即便象在南寧這樣的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，已投入運(yùn)行了 1IOkVXLPE(交聯(lián)聚乙烯 )電纜 20km， 10kv 電纜 570km， 10kv 城市配網(wǎng)電纜化率也達(dá)到了 55％的水平。 由此可見，電力電纜的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生活水平。 電力電纜線路故障和多數(shù)電力設(shè)備一樣，投入運(yùn)行初期 (1～ 5年內(nèi) )容易發(fā)生運(yùn)行故障，主要原因是電纜及附件產(chǎn)品質(zhì)量和電纜敷設(shè)安裝質(zhì)量問題；運(yùn)行中期 (5～ 25 年內(nèi) )，電纜本體和附件基本進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)期，線路運(yùn)行故障率較低，故障主要原因是電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附件呼吸效應(yīng)進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電；運(yùn)行后期 (25 年后 )，電纜本體絕緣樹枝狀老化、電熱老化以及附件材料老化加劇，電力電纜運(yùn)行故障率大幅上升。隨著時(shí)間的推移，如今運(yùn)行的 110kV 及以上高 壓的 XLPE 電纜，有些己逐漸進(jìn)入電纜及其附件預(yù)期壽命的“中年期”。電纜系統(tǒng)在實(shí)際使用狀況下，能夠繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)期可靠工作或因絕緣老化加速而縮減使用壽命是運(yùn)行管理部門十分關(guān)注的問題。 根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電纜運(yùn)行了一定的年限，故障率有逐年長(zhǎng)升的趨勢(shì)。電纜發(fā)生故障時(shí)，由于埋在地下，查找比架空線困難，若故障測(cè)距不準(zhǔn)，電纜路徑不清楚，耽誤了大量時(shí)間，造成無法估量的損失。所以有必要對(duì)電力電纜故障探測(cè)方法進(jìn)行深入的研究。從二戰(zhàn)前提出的，發(fā)展到今天已經(jīng)出現(xiàn)了諸如：電橋法，駐波法等經(jīng)典理論方法，以及基于行波理論產(chǎn)生的：五十年代的低 壓脈沖法，七十年代的脈沖電壓法，八十年代的脈沖電流法等的現(xiàn)代行波法。理論是方法的依據(jù)，尤其是現(xiàn)代行波理論所采用的均勻傳輸線中的導(dǎo)行電磁波，完全應(yīng)用了麥克斯韋的電磁理論，分析電磁波在傳輸線上的波動(dòng)過程，以此來定位故障點(diǎn)的位置。這些理論都是建立在對(duì)長(zhǎng)距離傳輸線路模型的簡(jiǎn)化基礎(chǔ)上，即經(jīng)過特殊處理，簡(jiǎn)化為現(xiàn)在應(yīng)用普遍的均勻傳輸線路的電報(bào)方程。但應(yīng)用實(shí)際中非均勻傳輸線的非均勻性我們是要必須考慮的，即沒有對(duì)傳輸線進(jìn)行特殊處理，并中原工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 2 且也不需要對(duì)耦合的電報(bào)方程進(jìn)行解耦處理。應(yīng)用數(shù)值分析方法得到更加精確的傳輸線路波動(dòng)方程，對(duì)于 線路故障的探測(cè)也將更準(zhǔn)確，其意義和價(jià)值都是難以想象的。 綜上所述，通過從電力電纜的發(fā)展，優(yōu)越性，故障危害，理論方法的創(chuàng)新等方面我們可以得出對(duì)電力電纜的故障探測(cè)的研究有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于電力系統(tǒng)是一個(gè)非常迫切需要解決的問題。 目前，電纜線路故障測(cè)距方法，主要為離線進(jìn)行，但在線故障測(cè)距方法也已出現(xiàn)。例如，日本學(xué)者采用脈沖電流法，由光纖電流互感器感應(yīng)出故障時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流信號(hào)，利用采集速度為 16MHZ 的快速 A／ D 技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)距，目前他們只實(shí)現(xiàn)了不帶分支出線電纜的在 線故障測(cè)距。下一步目標(biāo)是帶分支出線系統(tǒng)的在線故障定位。 美國(guó)學(xué)者為克服高壓脈沖法有可能對(duì)電纜的健全部分進(jìn)一步造成危害的缺陷，也提出了在線故障測(cè)距方法。但其出發(fā)點(diǎn)是將環(huán)形線路開路或在線路末端設(shè)置開路點(diǎn)，利用故障時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓或電流在開路點(diǎn)發(fā)生正或負(fù)的全反射，通過設(shè)于開路點(diǎn)附近的傳感器得到脈沖信號(hào)，測(cè)出其脈沖間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)測(cè)距。但這種方法在實(shí)際電網(wǎng)中存在局限性。 另外，日本學(xué)者還提出了利用分布式光纖溫度傳感器 (FODT)，通過檢測(cè)故障點(diǎn)附近溫度變化情況來實(shí)現(xiàn)電纜故障定位的新方法。英國(guó)學(xué)者則提出了利用基于脈沖電流 法的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電纜的故障定位。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，微機(jī)保護(hù)和故障錄波裝置的開發(fā)及大量投放，更加速了故障測(cè)距的實(shí)用化進(jìn)程。基于微機(jī)或微處理機(jī)裝置的故障測(cè)距方法研究也為國(guó)內(nèi)外的熱門課題之一。 綜觀現(xiàn)有的行波測(cè)距方法，特別是新型測(cè)距方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了大量的研究，并取得了一定的成果?？偠灾?，行波方法有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，今后將在測(cè)距和距離保護(hù)中得到更為廣泛的應(yīng)用。 電纜線路的故障測(cè)距方式有離線理論和在線理論兩大類。其中離線理論按原理來分類主要有五大類：電橋法，駐波法，低壓脈沖反射法 (又稱雷達(dá)法 )，脈沖電壓 法（又稱閃絡(luò)法 )、脈沖電流法。其中低壓脈沖法，脈沖電壓／流法是基于理想模型的現(xiàn)代行波理論。本文通過對(duì)于這幾種測(cè)試電纜故障的方法的分析來解決日常應(yīng)用中所遇到的問題。 中原工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) /論文 3 第 1 章 電力電纜故障分析 電力電纜易出現(xiàn)故障部位 根據(jù)河南電業(yè)局相關(guān)運(yùn)行檢修的實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，電纜易出現(xiàn)故障的部位主要有絕緣、附件和外護(hù)套。 絕緣問題 電纜的絕緣老化主要出現(xiàn)在電纜投入運(yùn)行的后期，導(dǎo)致運(yùn)行后期故障率大幅上升；絕緣老化主要分為樹枝狀老化、電熱老化及附件材料老化。電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生游離使 絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí)，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝鼓等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣層：絕緣層中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解，造成絕緣程度下降。 過熱會(huì)引起絕緣層老化變質(zhì)。電纜絕緣內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱，使絕緣層碳化。電纜過負(fù)荷是電纜過熱重要的因素。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、穿在干燥管少的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等都會(huì)使電纜絕緣本身過熱而使絕緣層加速損壞。 電纜絕緣長(zhǎng)期在電和熱的作用下運(yùn)行，其物理性能會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其絕緣強(qiáng)度降低或介質(zhì)損耗增大而最終引起絕緣崩潰者為絕緣老化， 絕緣老化故障率約為 19％。運(yùn)行時(shí)間特別久 (30． 40年以上 1的則稱為正常老化。如屬于運(yùn)行不當(dāng)而在較短年份內(nèi)發(fā)生類似情況者，則認(rèn)為是絕緣過早老化?？梢鸾^緣過早老化的主要原因有： ，致使電纜長(zhǎng)期在過電壓下工作。 ，使電纜局部或整個(gè)電細(xì)線路長(zhǎng)期受熱而過早老化。 。 附件問題 理論上認(rèn)為，電力電纜受外界環(huán)境因數(shù)和人為因數(shù)影響較小，安全運(yùn)行可靠性高，但是電纜的中間接頭和終端通常在電纜敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)人工制 作安裝，容易出現(xiàn)紙漏。電纜附件故障占電纜故障的 27％。其宏觀主要表現(xiàn)為復(fù)合界面放電和附件材質(zhì)早期老化。其中復(fù)