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1、 山西大学工程学院 毕业设计（论文）题 目 交联聚乙烯电力电缆故障点测试系 别 电力系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电本1039 姓 名 张云飞 指导教师 李巧娟 下达日期 2014 年 2 月 25 日设计时间自2014年 2 月 25日至 2014年 5 月 30 日毕业设计（论文）任务书一、设计题目：1、题目名称 交联聚乙烯电力电缆故障点测试2、题目来源 二、目的和意义随着电力系统高压和超高压输电技术的不断发展，交联聚乙烯电力电缆越来越多地被供电部门、工程配电系统及城市电网所采用。与此同时，电力电缆的故障数量也随之增加，因此快速而有效地排除故障就显的非常必要，本课题主要研究交联聚
2、乙烯电力电缆不同故障点的测试方法。三、论文应包括的内容1、 电力电缆的结构及组成2、 电力电缆的故障原因及故障类型3、 目前电缆故障的测试方法4、针对不同故障类型，设计新的测试方法四、主要参考资料1、电力电缆的结构，机械工业出版社2、电气设备故障测试技术，水利工业出版社3、电力电缆故障测试技术，机械工业出版社4、高电压技术交联聚乙烯电力电缆故障点测试摘要本文以交联聚乙烯电力电缆为研究对象，分析了电缆故障原因和类型，介绍了目前国内外电缆故障测距定点的方法。并提出了一种基于低压脉冲反射法测量电力电缆故障的自动定位方法,该方法采用桥式全波整流电路将发射波和反射波整形为正向波,然后使用555定时器组成
3、的施密特触发器，并加以改进，将发射波和反射波整形为正矩形脉冲，通过阈值电压来克服电缆中间接头的反射。该方法能自动计算电缆故障距离,自动判断电缆的低阻短路故障和开路故障。关键词：电缆故障 测距 定位 低压脉冲法AbstractIn this paper, based on the XLPE power cable as the research object, analyzed the causes and types of cable fault, describes the current the method of cable fault location at home and abro
4、ad. And put forward a method of positioning method based on low-voltage pulse reflection to measure the power cable fault automatic, the method uses the full bridge rectifier circuit will shape the transmitted wave and the reflected wave as the forward wave, and then use the Schmitt trigger composed
5、 of 555 timers devices, and improved to shape the transmitted wave and the reflected wave as the positive rectangular pulse, through the threshold voltage to overcome the reflection of the cable intermediate joint. Can automatically calculate the cable fault distance, automatic judgmentthe low resis
6、tance of the cable short circuit fault and open circuit fault.Keywords: cable fault thedistance measurement the localization low voltage pulse method目录第一章 电力电缆的结构和组成4第一节 电力电缆按绝缘材料的分类4第二节 电力电缆基本结构4第三节 交联聚乙稀电力电缆的结构5第二章 电力电缆故障原因及类型6第一节 电力电缆故障原因6第二节 故障类型8第三章 目前电缆故障探测方法9第一节 电缆故障探测的步骤9第二节 电缆故障探测的方法10第四章 低
7、压脉冲法电缆故障自动定位原理与实现19第一节 低压脉冲反射法工作原理19第二节 脉冲反射波形的理解20第三节 低压脉冲法的自动测量24结论33参考文献：34 引言随着社会的不断发展和城市建设美化环境的需要，电力电缆以其体积小、受自然气象条件(如雷电、风雨、盆雾、污秽等)和自然环境影响小、不占线路走廊等多种优点而在配电系统中广泛替代架空线路。特别是交联聚乙烯电力电缆，因其优越的电气绝缘性能,以及构造简单、现场安装条件要求低、施工方便等优点,更是得到大力推广。然而电力电缆多敷设于电缆沟内或者埋于地下, 一旦发生故障,不可能直观地发现故障点,如何方便经济地寻找到故障点成为一个难题。因此,本文针对交联
8、聚乙烯电力电缆的特点,分析其故障原因和探测方法,以便迅速查找故障点,提高抢修效率减少故障修复时间及停电损失，提出了针对低压脉冲反射法的自动测量法。对于迅速准确地探测故障点的位置以及保证故障电缆的及时修复有着重要意义。第一章 电力电缆的结构和组成第一节 电力电缆按绝缘材料的分类1、挤包绝缘电力电缆。其中包括聚氯乙烯绝缘电缆、交联聚乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆、橡胶绝缘电缆。挤包绝缘电力电缆制造简单，重量轻，接头制作方便，而且有一定的耐水和耐化学腐蚀性能，适用于高落差敷设。2、油浸纸绝缘电力电缆。该型电缆历史上使用广泛，它以纸为主要绝缘体，用浸渍剂充分浸渍而成。分为：普通黏性油浸纸绝缘电缆、不滴流
9、油浸纸绝缘电缆、充油电缆、气压油浸纸绝缘电缆。第二节 电力电缆基本结构 电力电缆基本组成有三部分，即导体、绝缘层和护层。此外为减小导体表面和绝缘层外表面的电场畸变，避免尖端放电，改善电场分布，电缆还有屏蔽层。1、导体。导体即线芯，导体的作用是导电，用来输送电能，是电缆重要组成部分。导体材料应是导电性好，机械强度高，资源丰富的材料，适宜大量生产应用。电缆的芯数一般有单芯、二芯、三芯、四芯、五芯，形状有圆形、椭圆形、中空圆形、扇形四种。在10KV以上电缆中一般采用圆形线芯，因为圆形线芯有利于电缆内部电场均匀分布。10KV及以下油纸电缆中基本采用扇形结构，因为扇形线芯在统包绝缘电缆中，结构更加紧凑，
10、能有效减少电缆外径，进而减小重量、造价和便于安装。但扇形线芯中在曲率半径较小处发生电场集中，也就是电场强度会明显大于其他地方，所以在高压电缆中由于导体电位较高，电压差较大，电场集中可能引起绝缘击穿，故不能在10KV以上高压电缆中采用扇形线芯。对于大截面电缆，为降低集肤效应的影响，提高单位面积输送电流的能力，就需将电缆线芯做成分裂导体结构。2、绝缘层绝缘层的作用是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，从而保证在输送电能时不发生相对地或相间击穿短路。3、屏蔽层6KV及以上电缆中一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，也称为内屏蔽层和外屏蔽层。导体屏蔽层的作用是消除导体表面的不光滑所引起导体表面电
11、场强度的增加，使绝缘层和电缆导体有良好的接触。同样为了使绝缘层和护套有较好接触，一般在绝缘层外表面均包有外屏蔽层。4、护层护层的作用是密封保护电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接破坏电缆绝缘层，有些电缆外护套还有阻燃作用，因此它的制造质量对电缆的使用寿命有很大的影响。护层材料的密封性和防腐性必须良好，并且有足够的机械强度，适当考虑空气中敷设电缆外护套材料的阻燃性能。一般电缆的护层由内护套、内衬层、铠装层和外护套等几个部分有选择的选择而成，充油电缆的护层必须有加强层。第三节 交联聚乙稀电力电缆的结构交联绝缘电线电缆具有优异的电气性能，良好的运行安全性能和热过载机械特性，以及安装运行维修
12、简便等优点。交联聚乙烯电缆绝缘材料的交联机理是采用物理或化学方法，使高分子绝缘材料由线性分子结构转变成三维网状结构，由热塑性材料变成热固性绝缘材料，从而提高了绝缘材料的耐老化性能，机械性能和耐环境的能力。交联聚乙稀电力电缆基本结构包括导体、绝缘层和保护层三大部分组成,额定电压在1.8/3kV及以上的电缆应具有技术屏蔽层,6kV及以上电缆,绝缘层内外还应有内外屏蔽层。从结构上分,交联聚乙稀电缆主要有两大类:单芯交联聚乙稀电缆(图1.1)和三芯交联聚乙稀电缆(图1.2)。图1.1 单芯交联聚乙烯电缆结构图1.2 三芯交联聚乙烯电缆结构第二章 电力电缆故障原因及类型第一节 电力电缆故障原因随着电缆数
13、量的增多及运行时间的延长,由于电缆绝缘老化特性等因素,故障发生概率大大增加。电缆故障点的查找与测量是通讯和电力供应畅通的有力保障,但是因为电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性,使电缆故障的查找非常困难。尤其是在狂风、暴雨等恶劣天气中,给故障的查找、维修带来了很大不便。了解电缆故障的原因,对于减少电缆的损坏,快速地判定出故障点是十分重要的。电缆发生故障的原因是多方面的,常见的几种主要原因【1,5】归纳如下。1、机械损伤。很多故障是由于电缆安装敷设时不小心造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。有时如果损伤轻微,在几个月甚至几年后损伤部位才发
14、展到铠装、铅(铝)护套穿孔,潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成故障。2、绝缘老化变质电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降.当绝缘介质电离时,气隙中产生臭氧、腐蚀绝缘:绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解,造成绝缘下降。过热会引起绝缘老化变质。造成电缆过热的因素有多方面,既有内因,又有外因。内因主要是电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热,从而使绝缘炭化;外因是电缆过负荷产生过热。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管中的电缆,以及电缆与热力管道接近的部分等,都会因本身过热而使绝缘加速损坏。长期过负荷运行,会使电缆的温度随之下降,薄弱处和对接头处首先被击穿。在夏季,电缆故障率高原因正在于此。油浸纸电缆、电缆敷设时地沟凹凸不平,或处在电杆上的户外头,由于电缆的起伏,高低落差悬殊,高处的电缆绝缘油流向低处而使高处的电缆绝缘性能下降,导致故障发生。3、化学腐蚀电缆路径在有酸碱作业的地区通过,或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠装和铅(铝)护套大面积长距离被腐蚀,出现麻点、开裂或穿孔,造成故障。4、设计和制作工艺不良拙劣的技工、拙劣的接头,电场分布设计不周密,材料选用不当,不按技术要求敷设电缆往往都是形成电缆故障的重要原因。材料缺陷主要表现在三个方面。一是电缆制造的问题,铅(铝)护层留下的缺陷:在包缠绝缘过程中,纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠
